基于可变势垒的新型自整流超低功耗阻变存储器及其机理研究

Resistive Random Access Memory (RRAM), especially those based on transition metal oxides(TMO) is a great application potential for new non-volatile memory. Operating current and difficulty to fabricate selector device for array application, however, have become a significant obstacle to limit its practical applications, especially high-density storage applications. Aiming for solving these challanges, this project will do profound theoretical and experimental research on the variable potential barrier by the following approaches: mechanism study on ion and carrier transport in material layer and the interface; inserting insulator layer between the resistance switching layer and electrode material; using asymmetric effective work function of electrode material and interface engineering. This new variable potential barrier technology, making the process of RRAM operation does not affect ion transport in determining the resistance switching properties, raise the barrier height or thickness of the electron motion, thus effectively inhibit the additional electron transport during switching operation, to reduce the operating current and obtain self-rectifying function. Based on the new barrier technology, the RRAM device will be fabricated and studied to meet the low operating current, high-density integrated applications demand.

过渡金属氧化物阻变存储器是极具潜力的新型非易失存储器，然而Reset电流过大以及阵列中的选择管技术瓶颈成为限制它高密度存储应用的重要阻碍。本项目针对这些重要限制，进行氧化钽阻变存储器新型可变势垒技术的理论和实验基础研究，在阻变材料层及其界面处离子和电子输运、材料微观结构与能带及势垒关系的机理/模型研究的基础上，探索采用阻变层/电极材料中插入势垒调控介质层、非对称有效功函数电极材料及界面处理等方法进行离子/电子势垒控制方面的源头创新，实现新型可变势垒技术，在阻变操作过程中，提高电子运动的势垒高度或厚度，从而抑制阻变过程中额外电子的输运，降低功耗，且使得阻变存储器实现自整流的读取功能，从而可以构建无需选择管的阵列架构并有效抑制泄漏电流，突破其选择管技术瓶颈问题。基于该新型势垒技术，开展自整流、超低功耗阻变存储器件的制备和实验研究，为阻变存储器的低功耗高密度应用奠定基础，推动存储技术的发展

过渡金属氧化物阻变存储器是极具潜力的新型非易失存储器，然而操作电流引起的功耗以及 阵列中的选择管技术瓶颈成为限制它高密度存储应用的重要阻碍。本项目针对这些重要限 制，进行氧化钽阻变存储器新型可变势垒技术的理论和实验基础研究，在阻变材料层及其界 面处离子和电子输运、材料微观结构与能带及势垒关系的机理/模型研究的基础上，探索了采 用阻变层/电极材料中插入势垒调控介质层、非对称有效功函数电极材料及界面处理等方法电子势垒控制方面的源头创新，实现新型可变势垒技术，在阻变操作过程中，提高电子运动的势垒高度或厚度，从而抑制阻变过程中额外电子的输运，降低功耗，且使得阻 变存储器实现自整流的读取功能，从而可以构建无需选择管的阵列架构并有效抑制泄漏电流，突破其选择管技术瓶颈问题。基于该新型势垒技术，开展了自整流、超低功耗阻变存储器 件的制备和实验研究，为阻变存储器的低功耗高密度应用了奠定基础。