原子層沉積HfO2薄膜及其1D1R器件阻變特性研究.pdf

1、廈門(mén)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成的研究成果。本人在論文寫(xiě)作中參考其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，均在文中以適當(dāng)方式明確標(biāo)明，并符合法律規(guī)范和《廈門(mén)大學(xué)研究生學(xué)術(shù)活動(dòng)規(guī)范(試行)》。另外，該學(xué)位論文為(硅基光電子材料與器件)課題(組)的研究成果，獲得(硅基光電子材料與器件)課題(組)經(jīng)費(fèi)或?qū)嶒?yàn)室的資助，在(半導(dǎo)體光子學(xué)研究中心)實(shí)驗(yàn)室完成。聲明人(簽名)：仫童董加以年月幻日摘要隨著信息科學(xué)與微電子

2、技術(shù)的發(fā)展，閃存已經(jīng)成為今天市場(chǎng)上主流的非易失性存儲(chǔ)器。但是隨著浮柵存儲(chǔ)器件尺寸的不斷縮小，浮柵耦合、電荷泄漏、單元之間的串?dāng)_等問(wèn)題日益嚴(yán)峻，開(kāi)發(fā)更小尺寸、更低功耗和更高集成度的新型存儲(chǔ)單元已成必然趨勢(shì)。在新型非易失性存儲(chǔ)器的研究中，阻變存儲(chǔ)器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀寫(xiě)速度快、存儲(chǔ)密度高、操作電壓低、與CMOS工藝兼容性好等優(yōu)勢(shì)有望成為新一代非易失性存儲(chǔ)器。本文基于原子層沉積生長(zhǎng)的HID2薄膜，研究了在不同溫度下原子層沉積生長(zhǎng)Hf02薄膜的阻變

3、特性，確定了最佳工藝溫度；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的1D1R阻變單元器件，闡述了器件的設(shè)計(jì)思路和制作過(guò)程，測(cè)試了該器件的阻變特性，分析了器件基于導(dǎo)電通道模型的阻變機(jī)理，同時(shí)研究并討論了器件的低溫特性和工作溫度區(qū)間。主要成果如下：1、研究了不同溫度原子層沉積Hf02薄膜的阻變特性。A1／HfOE／Pt結(jié)構(gòu)器件表現(xiàn)出單極性的阻變特性。當(dāng)生長(zhǎng)溫度低于200℃時(shí)，HID2沒(méi)有阻變特性；生長(zhǎng)溫度大于250℃時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)穩(wěn)定的阻變特性；生長(zhǎng)溫度大于

4、300℃時(shí)器件的SET、RESET過(guò)程一致性退化。其中，275℃生長(zhǎng)的Hf02薄膜表現(xiàn)出優(yōu)良的一致性和耐受性，所以該溫度是阻變特性Hf02的最佳生長(zhǎng)溫度。2、設(shè)計(jì)并制作了一種新型1D1R阻變器件，表征了該器件的阻變特性。器件以肖特基二極管和阻變單元串聯(lián)形成1D1R結(jié)構(gòu)，將金屬Ti層作為連接二極管和阻變單元的公共電極，金屬Ti層一方面與Si襯底接觸形成肖特基二極管，二極管反向飽和電流作為保護(hù)阻變器件的限制電流，另一方面作為Hf02阻變存儲(chǔ)

5、器下電極，增強(qiáng)器件的阻變特性。這種Pt／Hf02／Ti／nSi(001)結(jié)構(gòu)的1D1R阻變單元器件表現(xiàn)出雙極性、自限制的阻變特性。測(cè)試結(jié)果表明該器件具有良好的一致性和數(shù)據(jù)保持特性。器件Forming電壓為404V，經(jīng)歷68個(gè)電壓循環(huán)掃描后器件的阻變特性依然很穩(wěn)定，高低阻態(tài)都各自分布在一個(gè)數(shù)量級(jí)之內(nèi)，高低阻之比為103，SET電壓集中分布在12V到18V范圍內(nèi)，RESET電壓分布在09V到125V的范圍。同時(shí)，以上SET電壓、RESET電