NiOx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.     

新一代存储技术:阻变存储器

阻变存储器具有存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、有利于提高集成密度等诸多优点,受到广泛的关注。作者论述了 RRAM 的基本结构和工作原理, 并介绍了三维集成和多值存储等 RRAM 新型技术。     

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.     

一种三维多层1TxR阻变存储器设计

提出一种适用于未来高密度应用的三维多层可堆叠1TxR阻变存储器设计.采用新型的多个存储电阻共享一个选通管的存储单元,选通管制作在硅片表面与标准逻辑工艺兼容,存储电阻堆叠在不同的互连金属层之间,构成三维存储结构.在0.13μm工艺下,以一个使用8层金属堆叠的1TxR（x=64）结构为例,其存储密度比传统的单层1T1R结构...     

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.     

AlOx(PI)/HfOx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(HfOx)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/AlOx(PI)/HfOx/Pt和Ti/HfOx/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...     

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.     

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...     

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.     

巨磁电阻应用的现状与展望

介绍了巨磁电阻材料在高密度读出磁头、磁传感器、磁性随机存储器等领域的应用。对今后应开展的研究和应用作了展望。     

铁电薄膜及铁电存储器研究

综述了铁电薄膜以及铁电存储器的发展,讨论了铁电薄膜制备方法、结构和物理性能表征,并结合作者的前期工作,详细讨论了用于铁电薄膜与硅衬底集成的导电阻挡层问题,指出了铁电薄膜研究中需重点解决的一些问题.     

Bloch线存储功能芯片专用电路设计

研究了场存取方式的Bloch线存取功能芯片结构,设计了配套的读写操作专用时序脉冲电路,着重分析了电路元器件参数对长下降沿梯形波变换的影响以及时序脉冲幅度、上升沿、下降沿等对读写操作区的影响,为场存取功能芯片设计提供了重要依据．     

An overview of resistive random access memory devices

With recent progress in material science, resistive random access memory (RRAM) devices have attracted interest for nonvolatile, low-power, nondestructive readout, and high-density memories. Relevant performance parameters of RRAM devices include operating voltage, operation speed, resistance ratio, endurance, retention time, device yield, and multilevel storage. Numerous resistive-switching mechanisms, such as conductive filament, space-charge-limited conduction, trap charging and discharging, Schottky Emission, and Pool-Frenkel emission, have been proposed to explain the resistive switching of RRAM devices. In addition to a discussion of these mechanisms, the effects of electrode materials, doped oxide materials, and different configuration devices on the resistive-switching characteristics in nonvolatile memory applications, are reviewed. Finally, suggestions for future research, as well as the challenges awaiting RRAM devices, are given.     

Improving the electrical performance of resistive switching memory using doping technology

In this paper, improvements of resistive random access memory (RRAM) using doping technology are summarized and analyzed. Based on a Cu/ZrO2/Pt device, three doping technologies with Ti ions, Cu, and Cu nanocrystal, respectively, are adopted in the experiments. Compared to an undoped device, improvements focus on four points: eliminating the electroforming process, reducing operation voltage, improving electrical uniformity, and increasing device yield. In addition, thermal stability of the high resistance state and better retention are also achieved by the doping technology. We demonstrate that doping technology is an effective way of improving the electrical performance of RRAM.     

适于云计算的并行RAM程序的函数加密方案

针对云计算环境下的现有函数加密方案难以有效利用并行计算能力进行大数据运算的问题,提出了一种并行随机存取计算模型程序的函数加密方案,允许数据拥有者一次性传输加密数据,获得授权的云服务提供者利用其并行计算集群有效计算大量加密数据。该方案将混淆并行随机存取计算模型中的密码原件作为黑盒使用,将并行随机存取计算模型程序硬编码于电路中。并采用现有的基于电路模型的函数加密方案对该电路生成密钥,从而转化为并行随机存取计算模型程序的函数加密方案。通过理论分析该方案的时间效率相对原有并行算法仅有多项式时间的额外负载,并给出了该函数加密方案的不可区分性安全性证明。     

一种降低DRAM系统刷新功耗的混合主存设计

传统计算机体系结构中主存由动态随机存取存储器(DRAM)构成,而DRAM的刷新功耗随容量的增大而急剧增大.为应对这一问题,业界开始关注新型非易失性存储器(NVM).NVM具有掉电后数据不会丢失、不需刷新的优势,然而它们仍然处于研究阶段,单颗芯片的容量和价格不足以媲美DRAM,距离大批量投入商用仍有一段距离,因此,DRAM和NVM的新型混合主存结构被认为是下一代主存.本文提出一种SignificanceAware Pages Allocation(SA-PA)混合主存设计方案,通过将关键页分配到DRAM中,非关键页分配到相变存储器(PCM)中,采用DRAM和PCM并行结构,并采用Reset-Speed技术提高PCM的写速度,从而实现在不过分降低系统性能的前提下降低系统功耗的目的.结果表明,本文提出的SA-PA混合主存结构使得系统功耗平均下降25.78%,而系统性能仅下降1.34%.