Al结构的阻变存储器多值特性及机理的研究.pdfVIP

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．6(2014)067202 基~Cu／SiO ／Al结构的阻变存储器多值 特性及机理的研究冰 陈然 周立伟 王建云 陈长军 邵兴隆 蒋浩 张楷亮 吕联荣十 赵金石{ (天津理工大学电子信息工程学院，天津市薄膜电子与通信器件重点验室，天津 300384) (2013年 11月3日收到；2013年 l2月6日收到修改稿) 采用氧化硅材料构建了Cu／SiO ／m 的三明治结构阻变存储器件．用半导体参数分析仪对其阻变特性进 行测量，结果表 明其具有明显的阻变特性，并且通过调节限制电流，得到了四个稳定的阻态，各相邻阻态的电 阻比大于10，并且具有 良好的数据保持能力．在不同温度条件下对各个阻态进行电学测试及拟合，明确了不 同阻态的电子传输机理不尽相同：阻态 1和阻态2为欧姆传导机制，阻态3为P—F(Pool—Frenke1)发射机制， 阻态4为肖特基发射机制．根据电子传输机制，建立了铜细丝导电模型并对Cu／SiO ／AI阻变存储器件各个 阻态的电致阻变机制进行解释． 关键词：阻变存储器，SiO 薄膜，多值存储，阻变机理 PACS：72．60．+g，72．20．，73．40．cg，73．40．Rw DOI：10。7498／aps。63．067202 存储单元面积和3D集成能够提高存储器集成度之 1 引 言 外，采用多值存储技术来提升下一代非挥发性存储 器的存储密度也是当前发展高密度存储技术的重 阻变存储器 (resistiveswitchingrandom ac— 要途径之一．相比传统的二进制数据存储，多值存 cessmemory，RRAM)以低功耗、高集成度、快速 储技术 以单个存储单元进行多个数据 的存储来实 擦写以及结构简单等优势受到业界的广泛关注，是 现存储芯片的高存储密度 6【J． 新一代非挥发性存储器的有力竞争者之一 [1--4】．在 目前有关阻变存储器的多值存储技术常见报 半导体工艺节点不断向前推进 的过程 中，以基于 电 导 [7-~6】，然而有关多值存储技术的研究热度虽然 荷存储机制的浮栅结构Flash为代表的非挥发性存 很高，但有关多值存储 的操作模式、多值存储的物 储器遇到了严重的技术瓶颈一 由于存在着栅氧化 理机理及多值存储功能材料体系仍存在一定的争 物减薄导致的电荷泄漏以及器件间距减小引起的 议．特别是对其机理的研究还处于探索阶段．目前 电荷耦合等问题，此外还有操作电压大、工作速度 文献报道 的阻变存储器多值存储技术大致可分为 慢等缺点，因此无法满足市场对非挥发性存储器的 两种：一种是通过改变复位 电压获得不同的高阻 超高存储密度等要求 [5J．而阻变存储器是基于非电 态，如中国科学院物理研究所张广宇等 [17】从石墨 荷存储机制的新型非挥发性存储器，非 电荷存储机 烯／sio2／石墨烯平面结构中观察到的多值存储特 制决定了其具有优秀的可缩小性．并且除了减小 性，他们通过逐渐减小复位 电压，获得了逐渐增大 国家自然科学基金 (批准号11204212)、教育部新世纪优秀人才支持计划 (批准号：NCET一11—1064)、天津市科技计划项 目(批准号：13JcYBJc15700，13JCZDJC26100)和天津市高等学校科技发展基金计划 (批准号20130701)资助的 课题 ． 十通讯作者．E—mail：163lvlianrong@163．com {通讯作者．E—mail：