铜、锌氧化物基阻变存储器制备及性能研究

《铜、锌氧化物基阻变存储器制备及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文铜、锌氧化物基阻变存储器制备及性能研究PREPARATIONANDPERFORMANCESTUDYOFCOPPEROXIDEANDZINCOXIDEBASICRRAM倪世明哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号:TM23学校代码：10213国际图书分类号:31.密级：公开工学硕士学位论文铜、锌氧化物基阻变存储器制备及性能研究硕士研究生：倪世明导师：国凤云教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM23U.

2、D.C.:31.DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringPREPARATIONANDPERFORMANCESTUDYOFCOPPEROXIDEANDZINCOXIDEBASICRRAMCandidate：NiShimingSupervisor：Prof.GuoFengyunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeringSchoolofMaterialsScience

3、andAffiliation：EngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要现代信息技术提升的主要瓶颈是存储器容量及存储速度，究其原因是Si基器件尺寸已基本达到理论极限。阻变存储器其理论尺寸远低于Flash等主流存储器，所以在下一代存储器中极具发展潜力。本文利用射频磁控溅射制备了Al/CuxO/Cu型、Al/ZnO/Cu型及Al/CuO/ZnO/Cu型三种阻变存储器

4、件。利用XRD、XPS、SEM、AFM等分析手段，确定了磁控溅射工艺参数对薄膜成分、结构及表面粗糙度的影响。在不同磁控溅射参数下制备了一系列阻变存储器件，分析阻变现象产生的机理以及成分、晶粒大小、表面粗糙度等对阻变性能的影响。本文主要内容包括：（1）由于所有器件均使用Cu作为下电极，而且下电极薄膜的晶向和表面粗糙度等都会对阻变层的生长产生影响，所以先优化下电极薄膜。可以利用XRD检测下电极薄膜中Cu的结晶方向，并通过FWHM可以计算出晶粒大小；利用SEM测试样品断面，利用得到的背散射图样可以计算出生长速率；利用原子力显微镜可以得到样

5、品的表面粗糙度。综上考虑确定Cu下电极薄膜的较佳工艺参数为：溅射功率100W，溅射压强1Pa，氩气流量40sccm，溅射时间20min。（2）利用射频磁控溅射制备了Al/CuxO/Cu型阻变存储器件，发现其双极性阻变现象，且高低阻态比值超过1000，满足阻变存储器使用要求。确定了高阻态时阻变机理可以用SCLC理论解释，低阻态时可以用导电细丝理论解释。存储器寿命超过1000次循环。CuxO薄膜成分从CuO向Cu2O转变过程中，forming电压不断减小，SET电压几乎不变，成分达到Cu2O时可以近似认为forming过程消失了。随着晶

6、粒变大，高低阻态电阻相应的变大，这与导电细丝可能在晶界间形成有关。（3）利用射频磁控溅射制备了Al/ZnO/Cu型阻变存储器件，其高低阻态阻值比超过100，满足使用要求。存储机理与Al/CuxO/Cu型阻变存储器存储机理一致，但是稳定性更高。晶粒变大，SET电压和高低阻态阻值都会相应的增加，而表面粗糙度对SET电压和高低阻态阻值几乎没有影响。（4）利用射频磁控溅射制备了Al/CuO/ZnO/Cu型阻变存储器件。对比了Al/CuO/ZnO/Cu型阻变存储器与Al/ZnO/Cu型阻变存储器的存储机理，发现双层器件的阻变机理与单层器件阻变

7、机理几乎相同。双层器件有更大的阈值电压，更高的高低阻态比(超过300)，更小的电阻波动，耐久力更好，然而，单层器件显示出更低和更集中的SET电压。不同的阻变特性说明CuO层起到了重要作用。关键词：阻变存储器；简单氧化物；射频磁控溅射；存储机理-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThebottleneckofmoderninformationtechnologyisstoragecapacityandstoragespeedofmemorydevice,becausethesizeofSi-basedevicehasa

8、chieveditsphysicaltheoreticallimit.Duetoitshighdensity,lowcost,fastwriteandreadaccess,lowenergyoperationandhighperfor