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.     

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.     

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.     

AlO_x(PI)/HfO_x界面调控的阻变开关行为

为了改善阻变开关层在厚度小于10 nm下的氧化铪(HfO_x)基阻变存储器的电学性能,提高器件开关均匀性并增大器件开关比,在开关层中加入聚酰亚胺(polyimide, PI)薄层,采用光刻工艺制备Ti/AlO_x(PI)/HfO_x/Pt和Ti/HfO_x/Pt结构的阻变存储器.利用扫描电子显微镜表征分析器件的电极形貌,通过电学测试分析器件的I-V特性和稳定性,采用线性拟合和电场模拟的方法分析Ti/PI/HfO_x/Pt结构器件的阻变开关机理.结果显示,Ti/PI/HfO_x/Pt结构器件无需激活过程,其开关比高达2 000,且复位均匀性优越,数据保持时间高于10~3 s,充分展现了PI对HfO_x与Ti电极界面调控的优势.     

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...     

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.     

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.     

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.     

具有低功耗和多值存储性能的双层WO_X/AlON阻变存储器的研究

针对当前阻变存储器(RRAM)面临的功耗和高密度存储的问题,介绍了一种降低功耗和形成多值存储能力的器件结构.相比单层结构的AlON RRAM,双层结构的WOX/AlON RRAM具有低至10μA的复位(reset)电流,1 000次以上的转换特性(endurance),较低的操作电压,以及多值存储等性能.针对WOX/AlONRRAM,提出了WOX介质层的等效电路模型为固定电阻与二极管串联模型.在直流置位(DC set)过程中,电路中存在一个较大的过冲电流,使得无法通过控制限流来获得不同大小的低阻态.在增加WOX介质层后,在WOX层和AlON层间形成了界面肖特基势垒,因此有效地抵抗了过冲电流,提高了低阻态的可控性.     

Cu/SiO2结构单元在阻变效应中形成导电通道的模型分析*

通过建立一个模型,简单地讨论了Cu/SiO_2结构单元在阻变效应中形成导电通道的临界电压特性。该模型考虑了Cu离子在SiO_2薄膜的迁移扩散和Cu离子在薄膜内引起的空间电荷效应,同时考虑了电子电导机制。模型的计算表明,薄膜的结构参数(厚度、电极功函数、掺杂等)对导电通道的形成过程有很大的影响,其临界电压随薄膜厚度和电极功函数的增加而增大,而随Cu离子掺杂浓度增大而减小。这一结果对未来存储器件的性能设计和制造具有一定的指导意义。     

Eu-Ru共掺NiO-SnO2复合纳米粒子薄膜的阻变特性

通过低温水浴法制备了Eu-Ru共掺杂NiO-SnO2复合纳米粒子，透射电镜图像显示纳米粒子粒径均匀，选区电子衍射表明结晶性差，所测晶面间距与SnO2和NiO相应卡片数据一致，水热机理分析表明纳米粒子由NiO-SnO2微观p-n结组成.原子力显微镜测试薄膜表面平均粗糙度约025nm，由于薄膜太薄及样品结晶性差，XRD分析未见明显衍射峰.电学测试表明纳米粒子薄膜具有可重复双极阻变特性，阈值电压约1V，开关比约500.薄膜高阻态电学输运符合缺陷俘获载流子所致空间电荷限制导电机制，低阻态呈欧姆特性，故阻变机理应为电荷俘获及再释.     

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.     

一种分子基电双稳器件

报道一种可逆转换的分子基电双稳薄膜器件,Al/BN4/Al/BN4/Al.其中功能层为有机/金属/有机的夹层结构,而中间金属层要非常薄.该器件在较低电压作用时呈现高阻状态,阻值在106~109Ω;而当电压超过某一阈值时,器件导电态发生改变,由高阻态跃迁为低阻态,阻值约为102~105Ω.两种状态的电阻值比为103~105.另外,还比较了不同功能层厚度器件的性能.     

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.     

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.     

溶液法制备ZnO多晶薄膜电阻开关耐受性衰退物理机制

利用溶液法制备出平整致密的ZnO多晶薄膜,微结构观测分析表明ZnO晶粒为六方纤锌矿结构,平均粒径约为23.7 nm,由薄膜样品的紫外-可见光吸收谱计算出其光学带隙宽度约为3.3 eV. Ag/ZnO/ITO三明治结构单元的电流-电压曲线呈现出稳定的双极性电阻开关特性:置/复位电压小于±0.4 V,在-0.1 V的读取电压下可获得10~3–10~4的高/低电阻值比,明显优于类似溶液法制备ZnO薄膜的电阻开关性能.然而,在周期性电场力作用下,ZnO多晶薄膜内定向漂移的自由氧离子逐渐被晶格氧空位捕获成为不可移动的晶格氧原子.膜内氧空位缺陷浓度的逐渐降低导致膜内氧空位导电细丝通道越来越细,器件无法长时间维持稳定的低电阻态.因此,随着循环周期数的增加,器件的低电阻态逐渐向高电阻态衰退,直至电阻开关窗口消失.     

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。     

晶体结构对TiO_2薄膜电致电阻效应的影响

采用不同方法制备了4种不同相结构的TiO2薄膜:无定形、锐钛矿、金红石和混合相结构.通过对4种Ag/TiO2/Pt样品进行测试和分析发现,其阻变机制符合文献中报道的细丝模型.4种不同结构的样品均能够表现出阻变特性,均具有一定的保持性能和疲劳性能,其中锐钛矿样品具有相对较好的综合性能,其电阻转换比率达到2 000%以上,保持性达到12K以上,疲劳性能也较稳定.     

基于氩等离子处理的阻变氧空位调控探讨

以氩气等离子处理为优化工艺,通过其对ZnO阻变薄膜中氧空位缺陷的影响,来改进ZnO薄膜阻变特性。等离子处理范围减小和处理时间延长有助于阻变特性的稳定,以及阻变工作电压的降低。为了降低阻变工作电压及抑制随机性,最终确定的等离子处理条件是时间不超过45 min,处理范围介于0.8 mm×0.8 mm和0.9 mm×0.9 mm之间。主要的阻变工作电压均在3 V以下,适合低功耗器件应用。并结合处理条件和表面粗糙度等测试结果进行了讨论。