三維垂直型阻變存儲器的特性、機理及其集成技術(shù)研究.pdf

1、三維(3D)器件集成和多值存儲(MLC)單元是實現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)存儲的兩項極具吸引力的技術(shù)。本文的實驗研究分為兩部分，首先成功制備了三層Ta2O5-x/TaOy/AlOx三維阻變隨機存儲器(3D RRAM)，進(jìn)行了電學(xué)特性的測試，并以溫度影響導(dǎo)電離子運動的特性為基礎(chǔ)，對三維阻變存儲器器件的阻變機理進(jìn)行了探究。實驗結(jié)果表明三維器件中分別處于不同阻變層的三個垂直型器件單元表現(xiàn)出極好的一致性和極高的電學(xué)特性:大于1000倍的高低阻值的窗口，超過1

2、010次循環(huán)的耐久性，在125℃下達(dá)到104 s的數(shù)據(jù)保持時間。同時，四個組態(tài)的多值存儲操作通過兩種操作方式:控制電流方式(CCS)和控制電壓方式(VCS)得以實現(xiàn)。
　　其次，單元存儲器制備成功之后，考慮到工業(yè)產(chǎn)品直接應(yīng)用的是存儲器陣列，而陣列密度的提高要受到兩方面的制約:1）水平方向和垂直方向上的器件尺寸限制;2）三維器件中選通管的集成。所以本文在第二部分實驗研究中，提出并成功制備了以碳納米管(CNT)這一維材料作為端電極的新

3、型三維阻變器件。電學(xué)測試表明集成了直徑僅2.5nm的金屬型CNT做電極的阻變器件可實現(xiàn)變阻現(xiàn)象。尤其，由于金屬Sc和CNT呈近似歐姆接觸，TaOy-CNT-Sc器件的I-V曲線與兩個均為金屬電極的同類器件近似一致。同時，得益于形成于金屬/CNT和阻變材料/半導(dǎo)體型CNT接觸面的肖特基勢壘所導(dǎo)致的不對稱載流子運動，利用半導(dǎo)體型CNT作為電極成功制備了不需外加選通管的阻變存儲器，并對該器件進(jìn)行了電學(xué)特性的測試和機理探究，研究結(jié)果可直接應(yīng)用于