氧化铪无源高密度阻变存储器特性研究

发布时间：2017-10-08 13:00

  本文关键词：氧化铪无源高密度阻变存储器特性研究

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【摘要】：随着集成电路工艺技术节点的不断微细化,基于电荷存储机制的Fl ASH非挥发性存储器在高密度、高速度等方面优势不再明显。阻变存储器(RRAM)则由于具有操作电压低、读写速度快、重复操作耐受性强、存储密度高、数据保持时间长等诸多优点,被誉为下一代非挥发性存储器最有力的竞争者。阻变存储器虽然具有高密度存储的潜能,但是当前的研究也存在着诸多的问题,如无源阻变的串扰问题、不易3D集成、不易多值存储等。此外,氧化铪基阻变存储器是半导体存储器领域的研究热点,但关于高密度存储方面的研究则相对较少。基于以上考虑,本论文开展了基于氧化铪的无源高密度阻变存储和多值存储特性的研究。具体内容如下:(1)制备了W/VOx/Pt选择性器件与Ti/Hf Ox/Pt双极型阻变器件,分别研究了单个器件相变开关特性及阻变特性,之后研究了上述两种器件串联起来形成1S1R器件的电学特性。结果表明占用更小单元面积的1S1R器件可以用于交叉阵列中一定程度上解决串扰问题,提高器件的读宽裕度,进而扩大交叉阵列的尺寸,此外还具有3D集成的可能;(2)分析了基于通孔结构Ti/Hf Ox/Pt双极型阻变器件的互补结构(CRS)阻变特性的原理,根据单个阻变器件的实验结果模拟了互补结构的Forming过程、互补I-V特性、分立器件的I-V特性、读操作、脉冲测试等电学特性,模拟计算了基于上述互补结构模型形成交叉阵列时单个器件的Set电压与Reset电压需要满足的关系;(3)构建了Cu/Hf Ox/Ti N双极型阻变器件,通过调节Set过程中的限制电流或Reset过程中的截止电压分别研究了Cu/Hf Ox/Ti N的多值存储存储特性,研究表明Set过程中采用不同限制电流产生不同的强度的Cu导电细丝,而Reset过程中采用不同的截止电压会调制肖特基势垒高度。
【关键词】：阻变存储器 高密度 无源 多值存储 氧化铪
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• 英文摘要6-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 半导体存储器的分类10-13
• 1.3 阻变存储器13-18
• 1.3.1 阻变存储器研究现状13-15
• 1.3.2 无源阻变存储器的集成15-18
• 1.4 选题意义与主要研究内容18-20
• 第二章 薄膜器件的制备与表征20-26
• 2.1 器件结构与基本工艺流程20-21
• 2.2 薄膜器件的制备设备21-23
• 2.2.1 磁控溅射21-22
• 2.2.2 电子束蒸发22
• 2.2.3 光刻与刻蚀22-23
• 2.3 薄膜器件的表征23-26
• 2.3.1 原子力显微镜（AFM）23-24
• 2.3.2 X射线衍射（XRD）24
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）24-25
• 2.3.4 半导体参数分析仪及示波器25-26
• 第三章 1S1R无源阻变器件26-41
• 3.1 通孔结构器件的制作26-28
• 3.2 W/VO_x/Pt薄膜及器件的表征28-32
• 3.2.1 氧化钒AFM表征28-29
• 3.2.2 XRD表征29-30
• 3.2.3 W/VO_x/Pt电学开关特性30-32
• 3.3 Ti/HfO_x/Pt双极型阻变特性32-34
• 3.4 1S1R器件电学特性34-39
• 3.4.1 1S1R的I-V特性分析34-35
• 3.4.2 开关器件动态响应35-36
• 3.4.3 1S1R器件读宽裕度的模拟36-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 Ti/HfO_x/Pt互补结构阻变器件（CRS）41-50
• 4.1 CRS器件的基本原理41-42
• 4.2 Ti/HfO_x/Pt CRS器件的模拟42-48
• 4.2.1 Forming过程42-44
• 4.2.2 CRS特性44-46
• 4.2.3 分立器件的I-V特性46-47
• 4.2.4 脉冲测试的CRS特性47-48
• 4.3 CRS器件交叉阵列操作电压要求48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 Cu/HfO_x/TiN阻变器件多值存储特性50-58
• 5.1 Cu/HfO_x/TiN阻变器件的制作50-51
• 5.2 Cu/HfO_x/TiN薄膜的基本表征51-52
• 5.3 两种方式引起的多值存储特性52-54
• 5.4 不同阻态导电机制的研究54-56
• 5.5 本章小结56-58
• 第六章 全文总结58-59
• 参考文献59-64
• 发表论文和科研情况说明64-66
• 致谢66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 ;Infrared transition properties of vanadium dioxide thin films across semiconductor-metal transition[J];Rare Metals;2011年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 赵鸿滨;新型二元氧化物阻变薄膜与器件研究[D];北京有色金属研究总院;2014年

2 陈琳;原子层淀积金属氧化物阻变存储器件研究[D];复旦大学;2012年

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本文编号：994146