新型高密度1S1R结构阻变存储器件概述.docx

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1、新型高密度1S1R结构阻变存储器件概述随着现代半导体工艺的技术进步，Flash存储器开始遇到技术瓶颈，新型存储器应运而生。与其他几种新型的非易失性存储器相比，阻变存储器（RRAM或ReRAM）因其具有结构简单、访问速度快等优势，成为下一代非易失性存储器的有力竞争者之一。基于阻变存储器的交叉阵列是阻变存储器实现高密度存储最简单、最有效的方法。而仅由阻变存储单元构成的交叉阵列由于漏电通道而存在误读现象。为了解决误读现象，通常需要在每个存储单元上串联一个选择器构成1S1R结构。对由阻变存储单元和选择器构成的1S1R结构的研究进展进行综

2、述分析是一项有意义的工作，因此本论文主要对1S1R结构的阻变存储器件的研究进展进行概述。关键词：阻变存储器，交叉阵列，选择器，1S1R目录中文摘要I英文摘要II第一章绪论11.1阻变存储器11.1.1RRAM基本结构11.1.2RRAM技术回顾11.2交叉阵列汇中的串扰问题31.3本论文的研究意义及内容31.3.1研究意义31.3.2研究内容3第二章RRAM的集成选择器的集成方式52.1有源阵列52.2无源阵列5第三章RRAM的集成选择器的类型63.11T1R63.21D1R63.31S1R83.4backtoback结构103

3、.5具有自整流特性的1R结构11第四章1S1R结构阻变存储器件研究进展13第五章总结与展望145.1论文总结145.2未来工作展望14第一章绪论1.1阻变存储器1.1.1RRAM基本结构阻变存储器（ResistiveRandomAccessMemory,RRAM）和相变存储器的原理有点相似，在电激励条件下，利用薄膜材料，薄膜电阻在高阻态和低阻态间相互转换，这样子就能实现数据存储[1-2]。RRAM结构如图1.1所示，像个三明治的，其中上电极、中电阻转变功能层、下电极分别为金属材料、半导体材料和金属材料，下电极也可以是导电的半导体

4、衬底。根据不同情况，RRAM电阻的转变特性可分为：单极性转变（Unipolar）、双极性转变（Bipolar）和无极性转变（Nonpolar）[1]。图1.1RRAM基本结构图1.1.2RRAM技术回顾RRAM的存储机制是非电荷存储机制，和传统浮栅型Flash的不同，可有效避免Flash因隧穿氧化层变薄引起的电荷泄漏，还有一些优点，操作电压低、操作速度快、保持时间长、非破坏读取、多值存储和CMOS工艺兼容[1-3]。至今，已经报道出越来越多的有着电阻转变现象的材料，其中，部分的二氧化物和现代CMOS工艺兼容，很受半导体产业界的关

5、注[3-4]。由于多种瓶颈，Flash存储器被限制了进一步发展。作为替代，很多的新兴NVM器件得到了广泛关注[5-6]，有铁电随机存储器（FRAM）[7]、磁阻存储器（MRAM）[8]、相变存储器（MRAM）[9]。然而，FRAM存储容量小[10]、其材料和传统CMOS工艺无法兼容；MRAM工艺很复杂，磁性材料和传统的COMS工艺兼容性不好；PRAM擦除时还需求很大的电流，这些缺点很大程度上制约了FRAM、MRAM、PRAM的发展。相比较来说，RRAM就具有很多的优点，完全能替代其他器件成为通用的存储器，详见表1.1。表1.1各

6、种存储器的比较[11-12]特性DRAMSRAMFLASHPRAMMRAMRRAM每位成本低高中低中很低单元尺寸(F2)6-1250-807-115-8-4耐久性∞∞>105>102∞>109缩小限制电容6T隧穿氧化层电流电流光刻多值存储否否是是否是与COMS兼容性差好中好中好读时间50ns8ns50ns20ns10ns20ns写/擦时间50ns/50ns8ns/8ns1μs/1-100ms10ns/50ns30ns/30ns10ns/10ns读信号动态范围100-200mV100-200mVDeltaCurrent10X-10

7、0X20-40%10X-1000X特性DRAMSRAMFLASHPRAMMRAMRRAM编程电压较低较低高----中等低编程功耗中中高较低高低单元晶体管数1T6T1T1T1T0T/1T不挥发性否否是是是是阻变现象早在1962年就被发现，Hickmott首次报道了Al/Al2O3/Al薄膜在不同电压激励下会有电阻变化[13]。之后几年中又有人在Nio和Cu2O里看到了电阻转变[14-16]。Sharp公司在2002年IEDM会议上报道基于Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)薄膜材料的RRAM器件[17]，后来的IEDM会议上又

8、有韩国三星电子、Hittachi、美国Spansion、Infineon、Panasonic等等一些先进半导体公司报道了探究基于其他材料体系的RRAM器件[18-29]。作为主要半导体存储器消费市场，中国也有很多研究机构加入此研究行列，中国科学院微电子所、复旦大