离子束制备高性能阻变存储器的相关应用研究

As a new kind of storage, resistive random access memory（RRAM）is one of the most promising candidates for next generation of non-volatile memory. Compared with other memory, RRAM exhibit excellent resistance switching performance, including high density, low-power dissipation, fast speed, and high scalability. However, realization of low operating voltage, large-scale production, and removing of the electroforming process are still the challenge for real applications. In this project, we will explore the eptimization of resistive layer and electrode by ion implantation. As an engineering technique, ion implantation is fully compatible with the traditional semiconductor processes. In this respect, this method is extremely important for the commercial application of the RRAM.

阻变存储器（RRAM）作为一种新型的存储器有希望取代闪存成为下一代非易失性存储器。相较于其他存储器，阻变存储器拥有极高的集成密度、擦写速度快、功耗低以及可伸缩性强等优点。这些优点使得阻变存储器受到研究者们的广泛研究。目前研究者们采取了众多的办法来提高阻变存储器的各项阻变性能，其中主要包括对阻变层进行改性和对电极材料优化两方面。本项目中我们使用离子束技术对RRAM的阻变层以及电极进行优化以期得到高性能的RRAM器件。由于离子束技术是一种工业化应用的技术，如果通过这种技术得到高性能的阻变存储器，将十分有利于高性能阻变存储器的商业化。

非易失性存储设备是当代电子产品中不可或缺的基本元器件。目前，闪存器件在存储设备领域的市场占有率处于主导地位。然而由于器件微缩，集成电路的特征尺寸进入纳米级，闪存的隧穿氧化层无法有效的保护浮栅中的电子，从而导致数据丢失。随着信息技术的发展，人们对于数据处理能力与存储量的要求越来越高，因此，研制出高密度、高稳定性、高擦写速度的存储器迫在眉睫。本研究从两个方面出发利用离子束技术制备出了高性能的非易失性存储器。首先，利用介质层注入法实现一步构建隧穿层、俘获层、阻挡层，制备出了高性能的电荷俘获型浮栅存储器。其次，利用离子束结合反向刻印实现了晶圆级规模的纳米针尖阵列制备，该方法可以实现任意基底的纳米针尖阵列构筑。随后我们利用这种针尖阵列制备出了柔性透明的单针尖阻变存储器，该存储器表现出超高的开关比、高写入速度、高稳定性以及极低的操作电压。本研究中主要利用离子束技术对器件的性能进行调控。离子束技术是构建现代集成电路的重要基础之一，其在半导体掺杂与缺陷调控领域拥有显著的优势。离子束技术的本质是离子与固体的相互作用，属于纯物理过程，其拥有精确可控、均匀性好、重复性高以及完全兼容CMOS工艺等特点。因此，将离子束技术应用到调控器件性能方面对于加速其工业化进程有积极的意义.