HfO_x缓冲层对γ-Fe_2O_3纳米微粒膜电阻开关特性的影响

本文利用射频磁控溅射和滴涂法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了HfOx/γ-Fe2O3/HfOx三明治结构,研究了HfOx缓冲层对γ-Fe2O3纳米微粒薄膜电阻开关特性的影响.微结构观测分析结果显示:γ-Fe2O3纳米微粒平均粒径约为34.3 nm,HfOx缓冲层为氧配比不足的单斜相多晶薄膜.电学性能测试表明:插入HfOx缓冲层后,γ-Fe2O3纳米微粒薄膜的电阻开关特性明显改善:在-0.8 V读取电压下,高/低电阻态阻值平均比值约为18.7,该比值可稳定维持100个循环周期.指数定律拟合实验曲线结果表明:高阻态漏电流以缺陷主导的空间电荷限制隧穿电流为主;而低阻态则以欧姆接触电导为主.Ag上电极与HfOx缓冲层界面处氧离子的定向漂移使得薄膜中氧空位缺陷形成的导电细丝通道周期性地导通与截断,从而使得薄膜呈现电阻开关效应.     

AlO_x/WO_y阻变存储结构的转换特性和机理研究

通过构造AlO_x/WO_y双层结构实现了阻变存储器的均匀性、低功耗等特性,该器件阻变层中的AlO_x为氧空位渐变的梯度膜,从而使得形成的导电细丝更加稳定,在反复擦写过程中导电细丝断开和接上的位置基本不变,对应器件电学性能参数分布集中.采用阶梯脉冲信号结合Verify算法的方法对基于0.18μm CMOS工艺的Al/AlO_x/WO_y/W结构的阻变存储单元进行转换特性、可靠性的测试,统计结果表明:器件电学性能参数R_(on)、R_(off)和_(sct)等具有良好的均匀性,且无需高电压的初始置位过程;复位过程中复位电流小于15μA,远远小于单层器件Reset电流,很好地满足了存储器件的低功耗要求;在小电压长时间作用下,高低阻态仍保持不变,能有效地防止误擦写操作;通过高温烘烤测试,验证了器件的数据保持能力.同时,分析了WO_y薄膜在器件高低阻态转换过程中作为串联电阻降低复位电流的作用.     

氧化钽/氧化铝薄膜的阻变特性和突触特性

通过微电子加工工艺,制备出具有ITO/TaO_x/AlO_x/Ti结构的双介质层阻变存储器.器件中引入的氧化铝介质层有效地减小了器件的运行电流,降低了高/低阻态间切换所需的功耗,并增大了高/低阻态电阻比值.研究表明,器件的高低态电阻与其切换电压均有良好的稳定性和均匀性,且器件表现出可靠的擦写性能与保持性能.进一步研究表明,器件高阻态导电受肖特基发射机制主导,低阻态导电受空间电荷限制机制主导.器件还具有连续可调的电阻渐变行为,利用反复电脉冲刺激下的器件电阻变化来表征突触的权值,可以模拟突触行为.     

Al2O3/HfO2薄膜多值阻变存储特性

采用磁控溅射和金属剥离工艺制备了结构为p-Si/HfO2/Ti和p-Si/HfO2/Al2O3/Ti的阻变存储器。两器件均表现出双极性电阻转变特性。插入的Al2O3层使得高阻态导电机制从空间电荷限制电流导电向肖特基发射控制导电转变,器件高低阻态阻值比从~61倍提高到了惊人的2.15×10^8倍。通过限制set电流的方式实现了多值存储,器件的四个阻态都能够非常稳定地在85 ℃高温下保持10^4 s,有利于多值存储的实际应用。     

一种Cu_xSi_yO阻变存储器的温度特性与微观机制分析

应用有效控制温度偏置的方法对基于0.13μm CMOS工艺的Ta/TaN/CuxSiyO/Cu结构的1Mbit阻变存储芯片进行开关性能和高低阻态导电性能的测试,介于-40～125℃温度区间的统计结果表明：set成功过程所需加载电场能量随偏置温度升高而升高,reset成功过程所需加载电场能量随偏置温度升高而降低;高阻态和低阻态随不同偏置温度呈现相似变化趋势——在-40～25℃间阻值均随偏置温度升高而升高,在25～125℃间均随偏置温度升高而呈下降趋势.针对以上现象提出了电学与热学结合的基于filament的微观模型,由铜空位构成的filament局部的反复形成与断裂对应于阻变存储器从高阻态到低阻态的重复转换,分析了电学和热学各自在CuxSiyO系列的阻变存储器开关和导电微观机制中所起作用.     

铜纳米颗粒对氧化铪/氧化锌双介质层阻变特性的影响

通过微电子加工工艺制备了具有Ti/HfO_x:Cu NPs/ZnO/ITO结构的阻变存储器,研究铜纳米颗粒对器件阻变性能的影响. 研究表明,铜纳米颗粒不仅使器件操作电压减小、并且更加均一,而且增大了器件高低阻态的电阻值比（开关比）,高、低阻态电阻值更加稳定,表现出优异的耐擦写特性. 纳米颗粒的引入还使低阻态的导电由普尔-法兰克发射机制主导转变为欧姆导电细丝主导. 进一步研究发现,纳米颗粒增强了局部电场,不仅保证了较小电压下可产生更多的氧空位,还限定了导电细丝的位置. 此外,铜纳米颗粒有利于降低器件操作电压并提高其均一性,有助于提高阻态电阻值的稳定性.     

低功耗氧化铪基柔性透明阻变存储器制备及其性能研究

利用微电子加工工艺在柔性PET衬底上制备透明氧化铪基阻变存储器.采用氧化铪/氧化锌双介质层将存储器转变电流降低至μA量级,从而实现柔性透明存储器的低功耗(μW量级).研究表明,双介质层阻变存储器不仅具有稳定、可重复的阻变存储特性,还具有一定抗弯折性能和较高的热稳定性.进一步研究表明,由于氧化铪/氧化锌界面势垒的存在,抑制了介质中电荷的输运,从而达到器件低电流工作的效果.     

NiO-TiO_2纳米复合薄膜的阻变特性

利用溶胶凝胶法制备了不同n(Ni)/n(Ti)比的Ni O-TiO_2复合薄膜,电学测试表明薄膜具有可重复双极阻变特性,且开关比与Ni O薄膜相比有显著提升.400℃退火n(Ni)/n(Ti)为7∶1的样品阻变阈值电压低、开关比高且稳定性好,原因是Ni O-TiO_2薄膜可形成P-N结纳米结构.焦耳热分析表明薄膜荷电输运属于热激发,高阻态符合由氧空位缺陷俘获电荷所致空间电荷限制导电机制,低阻态为欧姆特性,阻变机理为电荷俘获及再释放.     

Pt/MgO/Pb0.2Zr0.8TiO3/SrRuO3复合铁电隧道结的阻变特性研究

采用脉冲激光和磁控溅射技术制备Pt/MgO/Pb_(0. 2)Zr_(0. 8)Ti O_3(PZT)/SrRu O_3复合铁电隧道结.固定MgO/PZT复合层的厚度为10 nm,改变MgO与PZT的相对厚度,研究其隧道结的阻变特性.研究结果表明,随MgO厚度的增加,高低阻态比值呈现先增加后减小的趋势.这些结果可以用隧穿势垒的非对称性解释.     

M(Au、Ag、Ti)/TiO_2/Pt器件的电致阻变性质

该文分析了不同的类型的金属顶电极对TiO_2薄膜电致阻变效应的影响,通过对器件I-V曲线的分析,发现器件Au/TiO_2/Pt和Ag/TiO_2/Pt具有稳定的电致阻变性质,且Ag/TiO_2/Pt器件的置位电压和复位电压较小。相反的,器件Ti/TiO_2/Pt的电致阻变性质具有不稳定的电致阻变性质,这与Ti电极容易被氧化在界面处形成氧化物有关,界面处氧化物的形成影响了器件的电致阻变性质。结合电致阻变效应机制的分析,表明顶电极材料会影响RRAM器件的电致阻变性质。     

氮氧化铝的原子层沉积制备及其阻变性能研究

以等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)技术生长氮氧化铝(AlNxOy)薄膜,磁控溅射Ag上电极制备结构为Ag/AlNxOy/Pt的阻变存储器(RRAM).器件呈现双极性阻变特性,正向开启电压稳定且分布窄,变化幅度集中在0.5V的范围内.高阻态和低阻态电阻之比超过103,并具有免激活特性.低温测试表明,器件的低阻态电阻和温度正相关,说明了阻变的机制为银导电细丝的形成和断裂.     

NiO_x阻变存储器性能增强方法及相关机理研究

通过精确控制在Pt衬底上制备NiOx薄膜的工艺过程,制备出阻值窗口增大5倍以上,高低阻态稳定的TiN/NiOx/Pt结构阻变存储器.研究发现,NiOx薄膜的多晶态结晶结构和化学组分,尤其是Ni元素的化学态,是影响NiOx阻变存储器阻值窗口和稳定性的主要因素.X射线光电子能谱和X射线多晶体衍射测试结果表明,当NiOx薄膜中间隙氧或Ni2+空位增多时,Ni2+会被氧化成为Ni3+以保持电中性,Ni3+离子在材料中引入空穴导致P型氧化物NiO的漏电流增大.基于此机理,提出通过提高淀积温度、降低氧气分压的方法抑制NiOx薄膜中间隙氧或Ni2+空位的产生,降低TiN/NiOx/Pt结构阻变存储器关态漏电流,增大阻值窗口.这种基于工艺的性能增强方法,在NiOx阻变存储器实际应用中有良好前景.     

电极材料对NbOx Mott忆阻器稳定性的影响

为了改善NbO_xMott忆阻器电学稳定性和一致性，提升NbO_x Mott忆阻器构建人工脉冲神经元的应用潜力，研究制备了通孔型NbO_x Mott忆阻器，并对比研究了Pt、W电极材料对器件稳定性和一致性的影响。研究结果表明，相较于常见报道的Pt电极器件，采用W电极的NbO_x Mott忆阻器表现出了更为优越的稳定性和一致性。此外，利用NbO_x Mott忆阻器搭建了振荡电路，成功实现了人工脉冲神经元的功能。基于W电极NbO_xMott忆阻器的人工脉冲神经元可以稳定振荡时间超过10⁶ s,循环耐久性可达10¹²次以上，其振荡波形的幅度及频率稳定性远好于基于Pt电极的人工脉冲神经元。进一步的XPS结果显示，在基于W电极的NbO_xMott忆阻器中，W和NbO_x界面生成了一层致密的WO_x层，有效地阻挡了氧空位在NbO_x材料中的迁移。相比之下，基...     

CuO薄膜的阻变存储特性

利用等离子体辅助的分子束外延设备在SrTiO3掺Nb（Nb：STO）的衬底上制备了双层的Cu2O/CuO薄膜,经过测量其电流电压特性,发现Pt/Cu2O/CuO/Nb：STO器件的阻变存储特性非常显著,而且可重复程度高,适合多次数据写入与擦除,有望应用于信息存储领域.     

氧化钽基RRAM的循环耐受特性优化研究

阻变存储器(RRAM)因其性能优异、可高密度集成以及与CMOS工艺兼容成本较低等众多优点而被广泛研究.用于制备阻变型存储器的关键材料有很多种,其中氧化钽材料由于与标准CMOS工艺兼容而被各大研究机构广泛关注,但TaOx基RRAM存储阵列的可靠性仍存在很大问题,尤其是循环耐受特性.本文制备了4种具有优秀阻变性能的双层Ta2O5/TaOxRRAM器件,Ta2O5层厚度分别为5nm和3nm,TaOx层的x值分别为1.0和0.7.比较了这4种拥有不同器件参数的氧化钽基RRAM器件的循环耐受性能,给出了TaOx基RRAM的循环耐受性能优化方法,发现双层TaOxRRAM的富氧Ta2O5层的厚度越薄且缺氧TaOx层的缺氧程度越大,其循环耐受性能越好.     

过渡金属氧化物自旋和电荷相关信息存储

信息技术的快速发展在某种程度上要求有高速度和大容量的非易失存储器.然而,随着晶体管尺度达到其量子极限,传统硅半导体器件的继续集成化发展遇到了瓶颈.因此,人们提出了一系列有潜力成为下一代更具功能性的存储器原型器件,并引起了广泛而持续的研究热潮.本文介绍3种基于新材料和新结构的新型存储原型器件：阻变开关器件、有机自旋阀和多铁隧道结.我们发现通过改变界面态,可将阻变式开关器件的反应速度提高数个量级,达到5ns;在实验上确认了超精细相互作用对自旋阀效应的影响;利用多铁隧道结实现了室温下的四重阻态存储.基于自旋、电荷相关信息存储的原理和实验结果,我们对这3种过渡金属氧化物器件目前还存在的问题及未来的应用前景进行了分析和讨论.     

一种阻变存储单元Hspice模型设计

提出一种满足新型双通道阻变存储器读写操作要求的Hspice模型.这种模型基于新的机理,即通过改变一块1 Mb阻变存储阵列的一个单元中2种可重配置的稳定电阻存储模式实现＂RESET态＂和＂SET态＂之间的转换,它可以通过一个模拟电流-电压特性的分立器件模型来验证.与传统阻变存储器模型相比,利用这种模型,可以用较少的器件准...     

Pt/TiO_2/Nb:SrTiO_3/Pt器件的记忆效应

本文以Pt/TiO_2/Nb:SrTiO_3/Pt为研究对象,研究了此种器件的阻变存储效应和容变存储效应.所研究的器件表现出明显的双极多态存储性能,同时也具备负电容的特性.在正、反向偏压的作用下,器件能够实现从导通状态到绝缘态或者其他程度的导通态的转变.不仅如此,该器件还表现出与初始状态关联的负电容特性.产生这些现象的原因可认为是氧空位在外加电场的驱动下移动造成的,从而使得器件的导电状态发生变化,同时也使得电荷变化滞后于电压的变化,产生了负电容现象.     

氧化锌/氧化钽双介质层忆阻器的突触特性分析

人工突触的开发是模拟人脑功能的关键。忆阻器由于具备独特的电阻记忆行为,在人工突触研究领域得到广泛的关注。氧化钽和氧化锌均是优良的忆阻器材料,鉴于有关ZnO/TaOx双介质忆阻器突触特性的研究较少,本文将氧化锌介质层引入Ti/TaOx/ITO忆阻器中拟改善其突触性能。研究发现,器件Ti/ZnO/TaOx/ITO在功耗和电导调制线性度方面皆有改善,并有着电阻渐变的行为,利于器件突触功能的实现及应用。为此对Ti/ZnO/TaOx/ITO双介质层器件进行了电压脉冲训练,并成功模拟了学习饱和、经验学习以及短时程记忆向长时程记忆转变等生物突触行为。     

氧化铝中氧空位形成能的掺杂调制

采用第一性原理计算结合原子替位掺杂的方法,研究原子掺杂效应对氧空位形成能的影响.通过计算发现,在氧化铝中进行金属原子替位掺杂可以显著降低氧空位的形成能,有利于形成局部的电阻退化,使氧化铝成为潜在的阻变功能材料.对氧化铝基阻变存储器件的设计、制备及其在新型存储器件领域的应用具有参考价值.