阻变存储器(RRAM)入门介绍.pdf

⽬ 录 引⾔……………………………………………………………………………………1 1 R R A M 技术回 顾………………………………………………………………………1 2 R R A M ⼯作机制及原理探 究…………………………………………………………4 2.1 RRAM基本结构……………………………………………………………… 4 2.2 RRAM器件参数……………………………………………………………… 6 2.3 RRAM的阻变⾏为分类……………………………………………………… 7 2.4 阻变机制分类………………………………………………………………9 2.4.1 电化学⾦属化记忆效应…………………………………………11 2.4.2价态变化记忆效应………………………………………………15 2.4.3热化学记忆效应…………………………………………………19 2.4.4静电/ 电⼦记忆效应………………………………………………23 2.4.5相变存储记忆效应………………………………………………24 2.4.6磁阻记忆效应……………………………………………………26 2.4.7铁电隧穿效应……………………………………………………28 2.5 RRAM与忆阻器……………………………………………………………30 3 RRAM研究现状与前景展望……………………………………………………… 33 参考⽂献……………………………………………………………………………36 阻变随机存储器（RRAM） 引⾔： 阻变随机存储器（RRAM）是⼀种基于阻值变化来记录存储数据信息 的⾮易失性存储器（NVM）器件。近年来， NVM器件由于其⾼密 度、⾼速度和低功耗的特点，在存储器的发展当中占据着越来越重 要的地位。硅基flash存储器作为传统的NVM器件，已被⼴泛投⼊到 可移动存储器的应⽤当中。但是，⼯作寿命、读写速度的不⾜，写 操作中的⾼电压及尺⼨⽆法继续缩⼩等瓶颈已经从多⽅⾯限制了 flash存储器的进⼀步发展。作为替代，多种新兴器件作为下⼀代 NVM器件得到了业界⼴泛的关注[1、2] ，这其中包括铁电随机存储 器（FeRAM）[3]、磁性随机存储器（MRAM ）[4]、相变随机存储器 （PRAM）[5]等。然⽽，FeRAM及MRAM在尺⼨进⼀步缩⼩⽅⾯都存 在着困难。在这样的情况下， RRAM器件因其具有相当可观的微缩 化前景，在近些年已引起了⼴泛的研发热潮。本⽂将着眼于RRAM的 发展历史、⼯作原理、研究现状及应⽤前景⼊⼿，对RRAM进⾏⼴泛 ⽽概括性地介绍。 1 RRAM技术回顾 虽然RRAM于近⼏年成为存储器技术研究的热点，但事实上对阻变现 象的研究⼯作在很久之前便已开展起来。1962年，T. W. Hickmott 通过研究Al/SiO/Au、Al/Al O /Au、Ta/Ta O /Au、Zr/ZrO /Au以及 2 3 2 5 2 Ti/TiO /Au等结构的电流电压特性曲线，⾸次展⽰了这种基于⾦属- 2 介质层-⾦属(MIM)三明治结构在偏压变化时发⽣的阻变现象[6]。如 图1所⽰，Hickmott着重研究了基于Al O 介质层的阻变现象，通过 2 3 将阻变现象与空间电荷限制电流理论、介质层击穿理论、氧空洞迁 移理论等进⾏结合，尝试解释了⾦属氧化