导电桥接存储器的解析模型的研究

发布时间：2017-08-24 12:13

  本文关键词：导电桥接存储器的解析模型的研究

  更多相关文章： 氧化反应 还原反应 电迁移 纵向生长 横向生长 形成过程

【摘要】：本课题是导电桥接存储器（CBRAM, Conducting-bridge random accessmemory）的解析模型的研究，，CBRAM是一种新型非挥发存储器，是可能成为下一代通用存储技术的新型技术之一，近些年已成为国际上相关研究的热点。本文介绍了CBRAM器件的基本概念及其具有竞争力的各项能指标，对CBRAM工作的物理机理进行了分析，基于CBRAM工作过程的物理机理建立了解析模型。在物理机理方面考虑了金属离子在固态电解质中的迁移以及金属电极表面的氧化还原反应。本研究的重点在于细丝形成(forming)过程和金属导电细丝的横向生长阶段。本模型在前人物理机理的分析以及数值仿真工作的基础上完善了CBRAM工作的物理机制，认为金属导电细丝在不同的生长阶段受到不同的物理机制的约束，将细丝生长过程分为了几个阶段，并对每个生长阶段进行分析，给出了细丝生长过程中细丝尺寸与生长时间之间的解析表达式。在此基础上进一步给出了器件工作的外加电压和切换时间之间的解析表达式。另外，文章认为细丝的横向生长机制是器件会有不同低阻态的原因，利用不同限流条件下器件会有不同低阻状态的原理可以实现多值存储。并通过理论分析求解出了低阻态电阻与限流之间的解析表达式，该解析式直接地反映出了低阻态电阻与限流之间的反比关系。该解析模型的正确性和可靠性通过分别与数值结果和实验数据对比来验证，比较结果证明解析模型与数值结果完全符合，与实验数据能够成功拟合，这就证明了此模型是正确可靠的。根据器件结构和所加偏压该模型可以快速正确地预测CBRAM存储单元的在高阻态和低阻态之间切换的时间，同时依据该解析模型可以根据高阻态和低阻态之间切换所需时间和切换电压选择合适的固态电解质层的厚度，从而达到优化器件结构的目的。
【关键词】：氧化反应 还原反应 电迁移 纵向生长 横向生长 形成过程
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 目前通用存储器9-11
• 1.2.1 SRAM9-10
• 1.2.2 DRAM10
• 1.2.3 Flash10-11
• 1.3 几种新的非挥发存储器11-14
• 1.3.1 FeRAM11-12
• 1.3.2 MRAM12
• 1.3.3 PCRAM12-13
• 1.3.4 RRAM13-14
• 1.4 CBRAM 的发展历史及模型研究现状14-15
• 1.5 本论文的主要工作和论文框架15-16
• 第2章 导电桥接存储器的基本概念16-26
• 2.1 细丝理论16-17
• 2.2 器件结构及其材料17-18
• 2.3 器件的工艺制程18-19
• 2.4 器件的特性19-22
• 2.4.1 非易失性19
• 2.4.2 器件的尺寸缩小19-20
• 2.4.3 器件转换速度20-21
• 2.4.4 器件的耐久性21-22
• 2.4.5 器件的保持时间22
• 2.5 CBRAM 电路22-26
• 第3章 导电桥接存储器的物理模型26-33
• 3.1 三个物理过程26-29
• 3.1.1 阳极金属的溶解26-27
• 3.1.2 离子迁移27-28
• 3.1.3 还原反应28-29
• 3.2 细丝的生长及断裂29-33
• 3.2.1 细丝的生长和断裂29-31
• 3.2.2 细丝几何形状31-33
• 第4章 CBRAM 解析模型33-44
• 4.1 Forming 过程33-41
• 4.1.1 金属阳离子的初始迁移33-34
• 4.1.2 阳离子还原及细丝生长34-41
• 4.2 细丝横向生长41-44
• 第5章 模型验证44-49
• 第6章 从模型得到的结论49-50
• 第7章 总结50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-57
• 附录57

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