SiOx基薄膜双稳电阻态及其非易失性电致电阻转变机制研究

SiOx基薄膜具有与当前CMOS半导体集成电路工艺兼容的先天优势,是新概念存储技术-电阻式随机存储器（RRAM）的理想侯选材料，而当前国际上相关研究尚处在现象报道为主的起步阶段，急需对该体系存储原理方面的清楚认识，从而为综合存储性能优化和器件开发提供理论指导和技术支持。本项目从1）介质层晶态/氧缺陷/金属扩散等非均匀性、2）电极界面Schottky势垒与微结构和3）尺寸效应三方面影响因素出发，考察电脉冲和直流电作用下SiOx薄膜体和SiOx-电极界面的电输运动力学过程，阐明该体系双稳电阻态及其非易失性电致电阻转变的物理机制；同时筛选出1-2种具有强电致电阻效应,有望实现优良存储性能的SiOx基存储单元的材料与结构设计，掌握其制备技术。这对于早日形成具有自己知识产权的RRAM器件具有重要意义，对我国集成电路技术的自主创新具有积极贡献。

基于二元氧化物材料的电阻型随机存储器RRAM是新一代存储器的主要候选者，已引起了广泛的关注。在众多二元氧化物中，高介电常数SiO2由于与CMOS半导体集成电路工艺兼容的先天优势，是理想的候选介质材料。本项目采用电子束蒸发和磁控溅射技术，围绕工艺参数、器件结构、电极材料、尺寸等对宏观和微观电致电阻转变特性影响问题开展研究，阐明SiOx基RRAM中的电致电阻转变机制主要源于氧化物中形成的导电细丝的通断，同时筛选出了两种SiOx基单元的材料和结构设计，开关比和阻态保持时间分别达到1: 280，> 4000 s、和1: 102: 106，> 106 s，且性能优化空间大。