CuSiO2结构单元在阻变效应中形成导电通道的模型分析.pdfVIP

第 17卷 第 9 期 2017年 3 月 科 学 技 术 与 工 程 17 N 。. 9 Ma . 2017 1671 —1815(2017)09-0103-04 S cien ce T echnology and Engineering © 2017 S ci . T ech . Engrg . 物理学 Cu /SiO #结构单元在阻变效应中 形成导电通道的模型分析 罗劲明 ( 嘉应学院物理与光信息科技学院，梅州514015) 摘 要 通过建立一个模型，简单地讨论了 Cu/ S i %结构单元在阻变效应中形成导电通道的临界电压特性。该模型考虑了 Cu 离子在 Si〇2 薄膜的迁移扩散和 C u 离子在薄膜内引起的空间电荷效应，同时考虑了电子电导机制。模型的计算表明，薄膜的 结构参数（厚度、电极功函数、掺杂等）对导电通道的形成过程有很大的影响，其临界电压随薄膜厚度和电极功函数的增加而 增大，而随 C u 离子掺杂浓度增大而减小。这一结果对未来存储器件的性能设计和制造具有一定的指导意义。 关键词 Sl〇2 导电通道 阻变 击穿 中图法分类号0484.3; 文献标志码A 基于阻变效应的阻变存储器（R R A ,忆阻器）， 在 Si〇2薄膜的迁移扩散过程和C u 离子在薄膜内引 因结构制备简单、擦写速度快、存储密度高、延展性 起的空间电荷效应，结合 F o w le r-N o rd h e im 电流导电 高等优点而具有巨大的应用潜力和前景[1，2]。其 机制建立了一个动力学模型，通过模拟计算，分析讨 中，在半导体集成电路技术中占据优势的C u /S iO 论了 Cu /S iO 结构单元在导电通道形成过程中的临 互联结构，其作为 R R A 存储单元具有良好的阻变 界电压特性。 性能，备受人们关注[3—5]。所谓阻变效应，即在电脉 1 基本模型 冲信号下，存储器件在高阻态和低阻态之间进行的 可逆电阻转换，停止施加电压脉冲后，可维持变化后 在 Cu /Si02/ 结构单元中，C u 离子在 Si02薄 的电阻值。该效应的产生，首先需要在长时间的电 膜内的输运以及在阴极附近的积累在导电通道形成 压或电流作用下形成一个导电通道，这一形成过程 过程中起着决定性作用。外加正电压时，C u 电极和 其实是一种非破坏性击穿现象[(]，其临界电压特性 Si〇2的表面由于电极反应产生大量的C u 离子，这些 必然与击穿性质相类似。但是，现代化的存储器件 C u 离子在电场驱动下向金属阴极 与阳极距离为 性能要求其临界工作电压尽可能稳定、尽可能小，而 A )迁移扩散，并 在 S iO 薄膜中形成陷阱态，电子则 导电通道的形成过程通常需要一个比较高的电压， 在这些陷阱态中进行跳跃导电。C u 离子移动到阴 容易造成不可预料的阻态，使阻变性能不稳定，不利 极附近并开始大量积累，引起空间电荷效应，使阴极 于实际应用中的器件设计和制造。因此，开展理论 和 S i b 的表面势垒厚度减小，势垒高度降低。势垒 方面的研究，探讨导电通道形成过程中薄膜的结构 的降低使电子很容易在阴极注入形成场致发射，使 参数等因素对临界电压的影响，对未来多功能、高性 电流急剧增加达到限制电流，薄膜的阻态从高电阻 能存储器件的性能设计和制造具有重要作用。 变成低电阻，从而形