基于HfO2的RRAM阻变特性研究

发布时间：2017-12-06 17:30

  本文关键词：基于HfO2的RRAM阻变特性研究

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【摘要】：由于以flash为代表的传统存储器遇到了技术瓶颈,人们提出了许多新型存储器,其中阻变存储器(RRAM)凭借着其简单的结构、低压低功耗、操作速度快、可伸缩性并且它与传统COMS工艺技术兼容等优点,从而成为人们的研究焦点。然而目前对于RRAM存储器阻变现象的微观机制解释众说不一,在众多对阻变现象的解释理论中,导电细丝模型逐渐被大多数人所认同。导电细丝模型分为两种情况:一种是掺杂金属元素的迁移所形成的金属导电通道;另一种是本征缺陷氧空位的产生与迁移形成的氧空位导电细丝。很多的实验都证明了这两种阻变机制,并且这两种缺陷对改善RRAM器件的宏观特性具有很大的作用。因此,我们深入的研究这两种缺陷在阻变体系中的作用,这对于了解RRAM器件的阻变机理以及提高RRAM器件的宏观性能具有很重要的作用和意义。为了研究RRAM中氧空位导电细丝的微观过程,首先研究了氧空位的团簇以及团簇形成能,得到局部氧空位细丝最容易形成的方向与团簇形状;然后探讨了整体氧空位细丝的形状和方向,我们得到了氧空位导电细丝的最佳方向和最优形状;紧接着计算分析了导电细丝的成分,说明了氧空位导电细丝的导电机理;最后我们又计算了氧空位的迁移势垒,通过分析得到氧空位在HfO_2超胞中的迁移路径。这些详细的分析与计算将有助于改善器件的某些宏观特性。比如在制备基于HfO_2材料的RRAM时,通过控制导电细丝的方向与形状可以降低RRAM器件的形成电压,改善器件的存储稳定性等。为了研究氧空位导电细丝与金属导电细丝同时存在的情况下对RRAM性能的影响,我们首先讨论了金属Ni在阻变材料HfO_2中的存在形式,通过形成能的计算得出金属Ni在HfO_2中是以间隙式存在,然后通过对5种Ni掺杂浓度模型的形成能,分波电荷态密度图,最大等势面值的比较,得到在HfO_2材料中形成Ni导电细丝的最佳浓度。紧接着我们讨论了氧空位的存在对金属Ni导电细丝的影响以及金属Ni掺杂对氧空位导电细丝的影响。首先我们通过计算体系的分波电荷态密度图,分析得到氧空位对金属导电细丝具有改善其均匀性的作用;然后通过分析体系的分波电荷态密度图和最大等势面值得到金属Ni对氧空位导电细丝具有聚集的作用,调节氧空位导电细丝的形成和断开;这有利于改善器件的开关比,稳定性;最后还考虑了两种细丝相对位置的影响,得出两种导电细丝相距最近时,相互作用最大,此时体系中形成一条稳定的导电细丝,稳定性最强;当Ni与氧空位相对位置最远时,两者之间的影响很弱;而当金属Ni与氧空位的位置相邻近时可以得到两条导电细丝,但此时器件的导电性最差。总之,本文对基于HfO_2阻变材料的RRAM器件中两种缺陷形成的两种导电细丝进行了较详细的探究。本文的研究结果对于改善基于氧化物的阻变存储器的宏观性能提供方法和启迪,对于实验研究具有一定的理论指导作用。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP333

【参考文献】

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本文编号：1259433