阻變存儲(chǔ)器用NiO薄膜的制備與性能研究.pdf

1、隨著數(shù)字時(shí)代的來(lái)臨，半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度、操作速度以及功耗提出了更高的要求。當(dāng)前主流的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器是Flash閃存，F(xiàn)lash技術(shù)是基于浮柵控制電荷的原理進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的，受限于其存儲(chǔ)原理，F(xiàn)lash技術(shù)具有操作速度慢、存儲(chǔ)密度低、操作電壓高等缺點(diǎn)，特別是隨著半導(dǎo)體工藝特征尺寸不斷縮小，F(xiàn)lash非揮發(fā)性存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)信息的安全性將受到巨大威脅?？紤]到Flash閃存技術(shù)存在的諸多問(wèn)題，研究人員對(duì)下一代新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器進(jìn)行

2、了大量的研究，當(dāng)前的研究對(duì)象主要包括磁存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器和阻變存儲(chǔ)器。其中，依據(jù)材料的電阻變化實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器在當(dāng)前得到了更多關(guān)注。
　　與其他三類非揮發(fā)性存儲(chǔ)器相比，基于過(guò)渡族二元金屬氧化物的阻變存儲(chǔ)器具有成份結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作速度快、抗疲勞特性好、以及制備方法與傳統(tǒng)硅基CMOS工藝兼容的特點(diǎn)。此外，阻變材料可在較低溫度下制備，因此阻變存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)Flash技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的三維高密度集成，已成為新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器

3、的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，阻變存儲(chǔ)器還存在電阻變化時(shí)的導(dǎo)電機(jī)理不明確、工作電壓波動(dòng)范圍過(guò)大等問(wèn)題，這些問(wèn)題的解決是阻變存儲(chǔ)器實(shí)用化的前提。
　　本論文采用脈沖激光沉積技術(shù)在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制備了(222)擇優(yōu)取向的NiO薄膜，研究了沉積氧分壓、薄膜厚度以及氧氣氛后位退火溫度對(duì)薄膜阻變性能的影響。通過(guò)測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)室溫下1Pa氧分壓，180nm厚度，未經(jīng)后位退火的薄膜具有最優(yōu)的阻變特性。電學(xué)測(cè)試結(jié)果表明該工藝條件下NiO薄膜

4、經(jīng)過(guò)100次直流掃描翻轉(zhuǎn)后仍具有穩(wěn)定的阻變特征，并且高低阻態(tài)保持時(shí)間均達(dá)到104s量級(jí)。脈沖測(cè)試結(jié)果表明薄膜set/reset電壓分別為1.6V/0.8V，set/reset速度分別為500nm/100us。接著，通過(guò)I-V曲線擬合，結(jié)合測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的多值阻變現(xiàn)象以及reset電流與set過(guò)程限制電流的關(guān)系，我們得出了本實(shí)驗(yàn)中NiO薄膜的阻值可逆翻轉(zhuǎn)是由缺陷控制的導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂引起的，并通過(guò)圖示模擬了掃描過(guò)程中薄膜內(nèi)部細(xì)絲形成與斷裂