二元金属氧化物阻变存储器的制备与研究

摘要

半导体器件微型化是电子产业的一个重要发展方向，由于Flash存储构造的限制，其尺寸已经走到了理论极限32nm。阻变存储器主要在器件结构、制备工艺和存储容量等方面具有优势。它是最有望取代Flash存储器的新一代存储器。
　　本文利用磁控溅射方法，制备了Al/TiO2/ITO、Al/TiO2/Pt和Cu/TiO2/Pt三种不同器件结构的阻变存储器，使用半导体参数测试仪对器件性能进行了测试。当制备压强为1.0Pa、功率为100W，Al/TiO2/ITO器件展现出良好的阻变特性，多次循环以后器件的高低阻值比大于10。Al/TiO2/ITO器件属于双极性阻变存储器，其Set过程发生在负半轴，Reset过程发生在正半轴，这主要是由于Al电极与薄膜的接触面被氧化为AlOx造成的。当阻变层TiO2薄膜厚度改变，器件的开启电压随着薄膜厚度的增大而增加，这主要是离子迁移率受到电场强度的影响所导致的。通过使用不同的顶电极诱导出不同的阻变机理，Al/TiO2/Pt器件引出了SCLC机制，薄膜内部缺陷对电子的捕获与释放实现了高低阻态的转变，它属于双极性阻变存储器，在多次循环以后耐受性很低。Cu/TiO2/Pt器件引出了导电细丝机制，通过实验证明了其导电细丝的成分是Cu，器件属于ECM型双极性阻变存储器，器件的开启过程与关闭过程受扫描电压的影响很大，这是电场积累作用的效果，器件实现高低阻态的转变主要是导电细丝的形成与断裂，其阻变机制是SCLC机制和导电细丝机制一起作用的。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 非挥发性存储器简介

1．2 新型非挥发性存储器发展概述

1．2．1 铁电存储器(FRAM)

1．2．2 磁阻存储器(MRAM)

1．2．3 相变存储器(PRAM)

1．2．4 阻变存储器(RRAM)

1．2．5 阻变存储器国内外研究现状

1．3 研究意义与内容

第2章 阻变存储器概述

2．1 RRAM工作原理

2．2 RRAM电学参数

2．3 RRAM阻变层材料

2．3．1 有机材料

2．3．2 固态电解液材料

2．3．3 二元金属氧化物材料

2．3．4 三元钙钛矿材料

2．3．5 复杂氧化物材料

2．4 阻变存储器的集成

2．4．1 1R单元结构

2．4．2 1D1R单元结构

2．4．3 1T1R单元结构

2．5 本章小节

第3章 Al／TiO2／ITO阻变存储器制备与研究

3．1 薄膜的制备与表征

3．1．1 TiO2薄膜XRD分析

3．1．2 TiO2薄膜AFM分析

3．2 Al／TiO2／ITO器件制备与分析

3．2．1 不同功率下薄膜器件的特性

3．2．2 不同厚度薄膜对器件开启电压的影响

3．2．3 扫描速率对器件开启电压的影响

3．3 Al／TiO2／ITO阻变特性与机理分析

3．4 本章小节

第4章 Al、Cu／TiO2／Pt结构阻变存储器制备与研究

4．1 RRAM阻变机制

4．2 Al／TiO2／Pt器件基本结构

4．3 Al／TiO2／Pt器件特性分析

4．3．1 Al／TiO2／Pt器件测试

4．3．2 Al／TiO2／Pt器件阻变机理

4．3．3 Al／TiO2／Pt器件耐受性测试

4．4 Cu／TiO2／Pt器件基本结构

4．5 Cu／TiO2／Pt器件特性分析

4．5．1 Cu／TiO2／Pt器件测试

4．5．2 Cu／TiO2／Pt器件阻变机理分析

4．5．3 Cu／TiO2／Pt器件开启过程与关闭过程

4．5．4 Cu／TiO2／Pt器件耐受性测试

4．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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