用于电阻开关存储器件的新型介质薄膜和工艺的研究

摘要

随着便携式电子产品的飞速发展,传统硅基存储器将无法满足巨大的市场需求以及高密度低成本的要求,所以目前存储器产业界和世界各地的研究小组掀起新一轮的新型存储器的开发热潮。基于铁电、磁阻和相变材料的新型存储器件相应得到开发和利用,并且已经实现了小规模市场化。但是复杂的制备工艺和高昂的成本仍然制约着这些新兴技术的全面市场化进程。为了制备具有低成本、工艺简单、良好的存储性能和可靠的通用存储器,现在一种新型的基于电阻开关的存储器件引起了广泛的关注,目前主要集中在两元过渡金属氧化物薄膜材料的研究上,由于其优良的存借性能,被寄予为2013年之后新一代存储器的强力竞争者。
　　 本文中,我们利用界面化学反应法制备了三种可用于电阻开关存储器的新型介质薄膜,并对介质薄膜进行了初步研究,然后通过探索和优化制备工艺来提高存储器件的性能,得到了两类具有良好的非易失性存储器件。同时我们利用表征手段对薄膜的成分进行了分析,提出了薄膜的成膜机理。并且利用电流拟合方法,深入分析了器件在电场作用的开关机制。虽然此项技术仍然处于初步的探索阶段,但是为制备低成本高性能的新型电阻开关存储器开辟了新的思路。本文的具体内容可概括为:
　　 1、研究了利用固固界面反应制备的CuSCN的复合薄膜,利用各种表征手段分析了薄膜的组成,制备了基于该复合半导体薄膜的M-S-M器件,发现该器件表现出良好的可写可擦电双稳特性。并且对薄膜的成膜过程提出了合理反应机制以及利用filament模型解释了器件的开关机制。
　　 2、采用铜膜在(SCN)2溶液中固液界面反应的方法制备了基于二硫氰前体的功能介质薄膜,排除了固固反应中KOH有害杂质的影响。通过优化浓度和时间参数,改善薄膜质量,制备了高性能的电双稳存储器件。基于该化学工艺法制备的复合薄膜器件,可以实现连续400次无错误写读擦读循环,状态比可达10000倍。
　　 3、利用界面反应自组装的方法制备了Cu-DMcT配位聚合物薄膜,发现该薄膜表现出优良的一次写入多次读取的性能。通过优化溶剂、浓度和浸泡时间参数组合,改善了WORM的存储性能。器件的状态比可达10的7次方,而且表现出良好的信息维持时间,并且对器件的跳变过程进行了拟合分析。