基于标准CMOS逻辑工艺的阻变存储器应用研究

发布时间：2024-06-28 19:50

　　近年来,随着各种智能电子设备,物联网以及人工智能的发展,非易失性存储器市场不断扩大。基于电荷存储的闪存是非易失性存储器市场三十多年的主流产品。但是,这种器件的缺点非常明显,例如编程速度慢(>10μs),耐久性差(<10⁶个周期)和工作电压偏高(>10 V)。而且,由于微缩化会带来不可忽略的寄生效应,使存储器的可靠性大幅度降低。随着工艺节点进入1Xnm,闪存也将达到物理极限,同时也很难满足神经网络计算、存算一体等新兴AI芯片的需求。因此,迫切需要开发新型非易失性存储器。基于电阻转换存储概念的阻变存储器(RRAM)由于其特别简单的“三明治”结构、存储速度快、可微缩化潜力大、易于实现多值存储、耐久和保持特性良好,以及与当前传统CMOS工艺的高兼容性,被认为是最有前途的下一代非易失性存储器。经过研究人员的深入研究,RRAM的发展迅猛,逐步从实验室阶段向产业化迈进,也成为下一代非易失性存储器的有力候选者。阻变存储器的产业化也在逐步推进。本文基于0.13μm和40nm标准CMOS工艺,选择氧化钽、氧化铪作为阻变材料,分别对其在嵌入式存储应用和存算一体应用两个...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1全球存储器市场占比

1绪论11绪论1.1研究背景及意义半导体存储器可以简单分成易失性存储器和非易失性存储器。近年来，由于信息技术的飞速发展越来越依赖于高速大容量的非易失性存储器，为了获得可靠性更高、功耗更低的非易失性存储器，人们广泛研究了许多能够替代当代易失性存储器的方法[1]。比如应用最广泛的NO....

图1.2制造工艺难度随工艺节点变化的曲线图

1绪论2他指标，如可靠性、持久性和性能，都在下降，并且制造成本，工艺难度逐步升高。图1.2中所示是CMOS的制造工艺随工艺节点变化的难度曲线图。通过曲线图可以明显看出从平面结构的FGFlash，SONOSFlash到之后32/28nm的HK/MG，以及14/10nm3DFin-F....

图1.3存储器的金字塔图

1绪论3态计算的重要途径。比如Flash存储器就是利用其本身阈值变化的行为模拟突触器件[3]；而新型存储器，如RRAM则是利用阻态变化的行为模拟突触器件[4]。然而对于神经形态计算，基于传统Flash存储器的大规模硬件神经网络的构建是非常具有挑战性。如图1.3所示，传统Flash....

图1.4非易失性存储器分类

1绪论4等[6]。从分类上来说，如图1.4所示，不论是传统Flash存储器还是新型存储器，都是非易失性存储器。新型存储器都具有相同的基本结构，都是在两个金属电极层之间夹有绝缘体或者活性材料。将外部电压脉冲施加在器件上会导致存储器件的特性发生变化，主要表现为电阻或电/磁极化的变化。....

本文编号：3996596