基于氧化鉭薄膜阻變器件制備及特性研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的日益革新，存儲(chǔ)器領(lǐng)域也飛速發(fā)展?，F(xiàn)如今閃存的短板日益顯露，需要性能更強(qiáng)大的存儲(chǔ)器件才能滿足社會(huì)的需求。因此新型存儲(chǔ)器的出現(xiàn)與發(fā)展也變得極為重要。應(yīng)運(yùn)而生的新型存儲(chǔ)器有鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM）、磁存儲(chǔ)器（MRAM）、相變存儲(chǔ)器（PRAM）、阻變存儲(chǔ)器（RRAM）。其中，阻變存儲(chǔ)器因具有讀寫速度快、功耗低、與傳統(tǒng)的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工藝兼容性好等特點(diǎn)成為

2、人們關(guān)注的重點(diǎn)。
　　二元氧化物氧化鉭薄膜因具有具有較好的endurance特性成為阻變存儲(chǔ)器發(fā)展的重點(diǎn)研究對(duì)象之一。本論文主要對(duì)基于氧化鉭薄膜的阻變存儲(chǔ)器進(jìn)行研究和分析，其中通過(guò)在器件中插入一層鈦薄膜使器件的性能得到提升。我們通過(guò)對(duì)氧化鉭薄膜的氧分壓和厚度，鈦層插入的位置以及不同測(cè)試條件對(duì)器件進(jìn)行優(yōu)化，得到性能較好的結(jié)構(gòu)：Ta/Ti(1nm)/TaOx/Pt，其中TaOx的氧分壓為5％、厚度是10nm。該結(jié)構(gòu)在測(cè)試條件為Vset

3、=2v、Vreset=-2v、Icc=5mA時(shí)的性能最優(yōu)，并且相比于不加鈦的結(jié)構(gòu)：Ta/TaOx/Pt，在endurance以及uniformity等方面的性能均有較大提高。為了分析鈦層的作用又對(duì)Ta/TaOx/Pt、Ta/Ti(1nm)/TaOx/Pt、Ta/Ti(2nm)/TaOx/Pt三個(gè)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)加鈦樣品的自限流現(xiàn)象明顯且較為穩(wěn)定，并且隨著鈦層厚度的增加自限流的電流量降低。證明鈦層在Set過(guò)程中捕捉氧離子形成氧化鈦層

4、并起到串聯(lián)電阻的作用，在Reset過(guò)程中充當(dāng)氧源，為氧化鉭薄膜提供足夠的氧離子，完成細(xì)絲的斷裂。由于鈦的奪氧能力比鉭強(qiáng)，因此這種功能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好。又對(duì)這種儲(chǔ)氧層與阻變層的疊加結(jié)構(gòu)建立起相關(guān)模型，為后續(xù)的氧化鉭阻變器件的研究提供理論基礎(chǔ)。
　　最后將該模型擴(kuò)展到氧化鉭疊層結(jié)構(gòu)的阻變器件當(dāng)中，首先對(duì)不加鈦的疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)樣品的性能不佳，為了優(yōu)化性能將鈦層引入該結(jié)構(gòu)，得到了Ta/Ti/TaO2-x/Ta2O5-x/Pt結(jié)構(gòu)，該