TiO₂阻变器件导电机理及其抗总剂量辐照性能研究

【摘要】：随着微电子集成技术的不断发展,当前主流的非易失性存储技术——基于电荷存储的Flash存储器遭遇到了抗疲劳特性差、访问速度慢和操作电压高的严重问题,在可以预见的未来其特征尺寸将达到极限。为了克服当前非易失性存储器技术存在的技术问题,许多新型存储概念因之而被提出,并受到了科研界和学术界广泛的关注。其中,基于阻变器件的阻变随机存储器,由于其速度快、功耗低、生产工艺简单,特别是可集成密度大和多值存储的能力,被认为是未来非易失性存储技术最有潜力的候选者之一。除此之外,阻变器件还能应用于可重构逻辑电路和神经网络系统中。但是,当前阻变器件的性能还无法满足实际应用的需求,这成为了阻变器件研究领域主要的热点和挑战。特别是,关于阻变效应的物理机制还存在较大的争议与分歧,需要进一步研究探讨。在本论文中,我们制备了交叉杆结构Au/Ti O2/Au阻变器件,并研究了其阻变特性。通过对器件的I-V特性曲线进行拟合,我们分别对器件的高低两种阻态的导电机制进行了分析研究,提出了一种基于电子隧穿和氧空位调制界面势垒的物理模型。通过改变限制电流的方式,实现了阻变器件多值存储,并观察到多值存储电阻退化现象,这种现象可能与氧空位和离子浓度随阻变周期的变化有关。针对测试过程中台阶阻变现象,建立多条导电通道形成与断裂模型,揭示阻变器件多值效应的物理机制。对阻变器件进行了抗总剂量辐照性能研究。在γ射线辐照之后,器件的阻值和操作电压都有所退化减小,但是其I-V特性均一性增强。总体而言,阻变器件参数的退化并未对信息存储和读写造成严重的影响,这表明阻变存储器件具有良好的抗总剂量辐照能力。
【关键词】：阻变器件 TiO_2 阻变机制 多值存储 总剂量效应
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333