CuxSiyO阻變存儲器尺寸微縮、均勻性和操作極性的研究.pdf

1、隨著器件尺寸不斷地縮小，傳統(tǒng)的Flash存儲技術(shù)即將到達(dá)它的物理極限。阻變存儲器因其結(jié)構(gòu)簡單、可微縮化、讀寫速度快、功耗低、與CMOS工藝兼容性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有可能替代Flash的新型存儲技術(shù)之一。本文基于新型的CuxSiyO阻變存儲技術(shù)對阻變存儲器研究領(lǐng)域中一系列熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題展開了研究。這些問題包括器件尺寸的微縮能力、參數(shù)的均勻性、bipolar和unipolar兩種操作模式。
　　為了能夠在高密度存儲領(lǐng)域替代N

2、AND Flash，阻變存儲器需要證明其器件尺寸至少能夠微縮到20nm技術(shù)代。本文基于0.13um邏輯工藝制造的1M bit CuxSiyO阻變存儲器芯片，采用了spacer pattern工藝制造了通孔尺寸為40nm、55nm、70nm和90nm（分別對應(yīng)22nm、32nm、45nm、65nm技術(shù)代）的阻變單元。測試結(jié)果表明，CuxSiyO阻變存儲器能正常工作在22nm技術(shù)代，具有很好的器件尺寸微縮能力。另一方面，當(dāng)器件尺寸小于90n

3、m后，低阻態(tài)阻值會隨著器件尺寸的減小而增大，RESET相應(yīng)地呈線減小。對于40nm器件，其RESET電流僅為30uA，是190nm器件的1/5。這進(jìn)一步增強(qiáng)了小尺寸阻變存儲器的優(yōu)勢。
　　參數(shù)不均勻性是阻變存儲器應(yīng)用的最大難題之一。參數(shù)不均勻會導(dǎo)致電壓、電阻窗口變小甚至消失，也導(dǎo)致器件操作需要更復(fù)雜的算法和電路來實(shí)現(xiàn)。本文提出了阻變存儲器芯片的測試方法和測試平臺，從而能在大容量的陣列上采集均勻性相關(guān)的數(shù)據(jù)。本文同時討論了如何用物理

4、手段和電學(xué)手段來檢測電阻的不均勻性。測試結(jié)果表明CuxSiyO阻變存儲器的初始態(tài)不均勻性是由CuxSiyO薄膜的品質(zhì)和厚度不均勻造成的。本文還研究了制備工藝條件以及陣列的大小對均勻性的影響，并提出了優(yōu)化了的工藝條件和陣列大小。
　　阻變存儲器可以按SET/RESET的操作電壓方向是否相同分為bipolar型和unipolar型。Bipolar型具有無SET/RESET干擾、操作電流小等優(yōu)點(diǎn);unipolar型具有操作簡單、與二極管

5、兼容等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的CuxSiyO阻變存儲器能夠穩(wěn)定的工作在bipolar模式下。本文研究發(fā)現(xiàn)，在一定的forming條件下CuxSiyO阻變存儲器也能穩(wěn)定工作在unipolar模式下。低阻態(tài)傳導(dǎo)特性和電阻溫度曲線的測量表明:bipolar是由空穴導(dǎo)電的，而unipolar型是由金屬離子導(dǎo)電的。本文亦提出了，通過控制操作條件，CuxSiyO存儲器可以根據(jù)不同應(yīng)用場合的需要分別工作在bipolar和unipolar模式下。
　　希望通