基于氧化铝薄膜的阻变存储器特性与亚能带传输机理研究

摘要

Flash是目前应用最广泛的非易失性存储器，由于存在器件间耦合的问题，限制了其尺寸的进一步减小，急需寻找可替代的新型非易失性存储器，以满足信息技术发展的需要。阻变随机存储器(RRAM)作为新型非易失存储器的一种，具备着结构简易、集成度高、功耗低、转换速率快、微缩性好等优势，成为当前的研究热点之一。氧化铝是CMOS技术中重要的介质材料，氧化铝基RRAM具有极大的潜力。本文研究了Ag/AlxOy/P-Si结构的阻变特性及其状态转换机理。
　　本文首先回顾了半导体存储器的发展及其特点，介绍了目前确定的阻变随机存储器的状态转换机制。然后利用原子层沉积技术(ALD)沉积氧化铝薄膜，溅射法制备金属银电极。通过I-V特性曲线测试表征了存储能力，用X射线光电子能谱(XPS)分析氧化铝薄膜结构特点。最后，根据其结构特点，采用亚能带(sub-band)模型很好的解释了在Ag/AlxOy/P-Si结构的RRAM状态转换机制。
　　测试表面，Ag/AlxOy/P-Si器件在不同尺寸下都表现出典型的双极性、无Forming电压特点，器件参数具有离散性。温变特性中开态电阻(Ron)表现出类半导体特性，从而确定了sub-band传导机制的合理性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 半导体存储器

1．1．1 传统的Flash存储器

1．1．2 新型非易失随机存储器

1．2 阻变随机存储器的研究简介

1．2．1 阻变随机存储器的基本结构

1．2．2 阻变随机存储器的电学特性

1．2．3 阻变随机存储器材料应用的发展

1．3 阻变随机存储器的阻变机制

1．3．1 氧空位模型

1．3．2 金属细丝模型

1．3．3 肖特基发射机制

1．3．4 Pool-Frenkel(P-F)导电机制

1．3．5 空间电荷限制电流(SCLC)机制

1．4 基于AlxOy阻变存储器的研究意义

2 器件制备及表征方法

2．1 器件制备

2．1．1 原子层沉积法制备介质层

2．1．2 溅射法制备金属电极

2．2 阻变存储器的表征方法

2．2．1 I-V特性曲线测试

2．2．2 X射线光电子能谱(XPS)测试

3 Ag／AlxOy／P-Si阻变存储器的测试结果与分析

3．1 Ag／AlxOy／P-Si器件测试过程

3．2 器件的电学特性分析

3．2．1 I-V特性曲线

3．2．2 不同电极面积下的开态电阻和关态电阻

3．2．3 温度对器件I-V电学特性的影响

3．2．4 AlxOy薄膜的X射线光电子谱

3．3 本章小结

4 Ag／AlxOy／P-Si器件的亚能带传输机理分析

4．1 Ag／AlxOy／P-Si器件的能带图分析

4．2 Ag／AlxOy／P-Si器件的传输路径分析

4．3 Ag／AlxOy／P-Si器件内部电荷传输机理分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢