【摘 要】
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随着信息化时代半导体产业的发展,人们对各种电子产品,特别是信息存储产品的需求呈现高速上升趋势。目前市场上最主流的存储器是基于浮栅结构的闪存(Flash),但由于整个半导体行业的微缩化趋势,Flash的物理尺寸已接近其理论极限,无法继续适应未来的半导体存储的需要。人们逐渐开始研究一些新型的非易失性存储器件,其中阻变存储器由于其结构简单、读写速度快、擦写耐受性高、数据保持时间长、具备多值存储能力等优点
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随着信息化时代半导体产业的发展,人们对各种电子产品,特别是信息存储产品的需求呈现高速上升趋势。目前市场上最主流的存储器是基于浮栅结构的闪存（Flash）,但由于整个半导体行业的微缩化趋势,Flash的物理尺寸已接近其理论极限,无法继续适应未来的半导体存储的需要。人们逐渐开始研究一些新型的非易失性存储器件,其中阻变存储器由于其结构简单、读写速度快、擦写耐受性高、数据保持时间长、具备多值存储能力等优点受到了人们的关注,是近些年来的研究热点之一。在众多可以产生阻变现象的中间介质层材料中,氧化铪材料的制备工艺成熟,与目前CMOS集成电路中晶体管的制作工艺兼容。另外,基于氧化铪材料的阻变存储器件稳定性较好,且可掺杂,使得我们能够调控其阻变性能。本文针对基于氧化铪的阻变存储器展开研究,主要研究内容和成果如下:1.论文制备了Ti/HfO2/Pt RRAM器件,并对其直流转换、阻变机制、导电机制等方面的特性进行研究。研究结果表明制备的Ti/HfO2/Pt RRAM器件具有良好的时间保持特性（>104s）、较好的循环耐受性（>102）、合适的开关比（～102）。器件的电阻转换是由中间介质层中氧空位构成的导电细丝形成与断裂导致的,其低阻态时电流传导机制为欧姆导电,高阻态时电流传导机制为空间电荷限制电流（SCLC）导电主导。2.论文在Ti/HfO2/Pt RRAM器件中间介质层中进行了铝掺杂,即制备了Ti/Al2O3:HfO2/Pt RRAM器件,希望以此改善其性能参数稳定性和均一性较差的问题。研究结果表明铝掺杂后的阻变存储器件表现出更低的形成电压和操作电压,器件电学性能均一性也得到了大幅度改善,其原因是铝的掺杂能够降低氧化铪薄膜中氧空位的形成能,从而增加氧空位的浓度,使得器件的操作电压得到降低。另外铝掺杂的位置周围更容易形成氧空位,降低了导电细丝形成/断裂的随机性,从而提高了器件电学性能的均一性。研究结果表明铝掺杂对于该器件的导电机制影响不大,其导电机制与Ti/HfO2/Pt RRAM器件保持一致,即低阻态时导电机制为欧姆导电,高阻态时导电机制是以空间电荷限制电流（SCLC）导电主导。3.论文研究了Ti/Al2O3:HfO2/Pt RRAM器件的多值存储特性,通过控制SET过程中限制电流的大小得到了不同的低阻态电阻值,研究表明SET过程中限制电流的大小对于低阻态电阻值和RESET电流的影响较大（在双对数坐标下呈线性关系）,而对于SET/RESET电压影响较小;通过控制RESET过程中截止电压的大小得到了不同的高阻态电阻值,研究表明在对数坐标下高阻态电阻值会随着RESET过程中截止电压的增加而增加,SET电压值随着截止电压的增加而缓慢增加,而RESET电压值与RESET电流值随着截止电压的增加并未呈现明显的变化趋势。
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