VCM型阻变存储器机理及仿真研究

发布时间：2017-09-25 18:13

  本文关键词：VCM型阻变存储器机理及仿真研究

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【摘要】：近年来，在便携电子产品推动下，作为主流存储器件技术的FLASH技术受到了越来越大的挑战。虽然摩尔定律还能够预测目前半导体工艺的发展，但是22nm的工艺水平已经很难在继续减小下去，FLASH技术的存储器越来越难满足人们的需求了。这时人们不得不找寻新的技术方法来满足我们对于存储设备的要求。在众多的新型非挥发性存储器中，阻变式存储器（RRAM）因具有简单的结构、可高密度集成、较小的编程电流、低功耗、高速度读写能力以及与目前传统的CMOS工艺兼容性好等优点，被认为是最有希望的下一代非挥发性存储设备。通过电压激励，RRAM存储器件单元的电阻能够实现高阻态与低阻态的转换，实现数字“1”和“0”的存储。目前科学家们主要研究二元金属氧化物基的阻变存储设备，这是因为这种材料的结构简单以及制作简单，逐渐成为新型存储器领域的的主要研究材料。 本文首先介绍了RRAM阻变存储器基本原理和研究现状，并根据RRAM研究的相关机理，，提出用数学公式与建模仿真相结合的方法，对几种不同类型的RRAM机理进行探索。其次学习和使用了COMSOL Multiphysics软件，并对对RRAM中的VCM型的两种单元结构进行器件建模和仿真。最后，根据仿真结果，验证了VCM理论的解释阻变机制的合理性，对RRAM存储器的未来发展提出了一系列建议。
【关键词】：非挥发性存储器 RRAM 建模 仿真
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 引言7
• 1.2 传统的 FLASH 存储器7-8
• 1.3 新型非挥发性存储器8-10
• 1.3.1 铁电式随机存储器8-9
• 1.3.2 磁阻式随机存储器9
• 1.3.3 相变式随机存储器9-10
• 1.3.4 阻变式随机存储器10
• 1.4 本文研究内容与编排10-13
• 第二章 RRAM 综述13-23
• 2.1 RRAM 的工作原理13-16
• 2.1.1 FORMING 过程13-14
• 2.1.2 SET 和 RESET 过程14-15
• 2.1.3 RRAM 性能指标15-16
• 2.2 RRAM 阻变机制16-20
• 2.2.1 导电细丝理论16-17
• 2.2.2 SCLC 效应17-18
• 2.2.3 缺陷能级的电荷俘获和释放机制18
• 2.2.4 肖特基发射效应18-19
• 2.2.5 Pool-Frenkel 效应19-20
• 2.3 RRAM 的结构20-21
• 2.3.1 单层结构20
• 2.3.2 双层结构20-21
• 2.3.3 多层结构21
• 2.4 小结21-23
• 第三章 RRAM 仿真基础概述23-35
• 3.1 基于氧化-还原反应的 RRAM 阻变机制23-25
• 3.1.1 ECM 机理23-24
• 3.1.2 VCM 机理24
• 3.1.3 TCM 机理24-25
• 3.2 固态中的电子和离子输运25-26
• 3.3 金属-绝缘层界面处的电子传输26-30
• 3.4 仿真工具 COMSOL Multiphysics 的简介30-33
• 3.4.1 焦耳热模型结构建立30-32
• 3.4.2 模型网格划分和求解32-33
• 3.5 小结33-35
• 第四章 VCM 型 MIM 结构 RRAM 的建模仿真35-47
• 4.1 TiO_2-RRAM 的 VCM 阻变机理及数学模型35-36
• 4.2 MIM 结构模型的建立36-38
• 4.3 SET 过程仿真结果38-42
• 4.4 RESET 过程仿真42-45
• 4.5 小结45-47
• 第五章 新型 RRAM 器件结构仿真47-61
• 5.1 新型结构的建模47-49
• 5.2 器件 SET 过程仿真49-53
• 5.3 器件 RESET 过程的仿真图53-58
• 5.4 两种结构的对比58-59
• 5.5 小结59-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 季振国;陈伟峰;毛启楠;;电阻开关式非挥发性随机存储器的机理及其材料[J];功能材料与器件学报;2011年02期

2 姜兴华;半导体集成电路存储器发展综述[J];河北师范大学学报;1999年01期

3 潘立阳,朱钧;Flash存储器技术与发展[J];微电子学;2002年01期

4 刘波,宋志棠,封松林;相变型半导体存储器研究进展[J];物理;2005年04期

5 王永;管伟华;龙世兵;刘明;谢常青;;阻变式存储器存储机理[J];物理;2008年12期

本文编号：918837