金属氧化物ReRAM的稳定性和可靠性研究

电阻式随机存储器具有存储速度快、功耗低、结构简单、存储密度高、与集成电路工艺兼容等优点，近年来受到越来越多的关注，有望成为一种新的非挥发性随机存储器。然而，目前基于金属氧化物薄膜的电阻式存储器的读写次虽然高于目前通用的非挥发性闪存，但是与其他几种新一代非挥发性存储器相比要低几个数量级，器件性能的稳定性也还不够高。因此，稳定性和可靠性将是妨碍电阻式存储器进入实际应用的一个重要因素。本项目计划针对电阻式存储器的可靠性和稳定性两个问题开展研究，通过材料与器件制作工艺的优化以及器件结构的改进提高电阻式存储器的稳定性和可靠性，弄清影响电阻式存储器读写寿命和稳定性的物理机制。

本项目按计划开展了基于金属氧化物ReRAM的稳定性和可靠性研究。项目主要以ZnO薄膜ReRAM为研究对象。系统地研究了各种参数对器件性能和稳定性的影响。包括反应磁控溅射时氧分压对器件性能的影响，退火对器件性能的影响，薄膜厚度对器件性能的影响，上、下电极材料对存储特性的的影响等。在没有现成商用测试设备的情况下，我们自主开发了一套ReRAM稳定性测试仪，解决了ReRAM工作寿命及稳定性的测试技术问题。. 研究结果表明，ZnO 薄膜的forming 电压、set 电压和reset 电压不受氧分压变化的影响，而reset 电流随着氧分压的上升而减小；在不同退火温度下，ZnO 薄膜都能表现出稳定的电阻开关特性；退火温度会对forming 电压和高阻态的阻值产生影响，但退火温度对set 电压、reset 电压、reset 电流和低阻态阻值等重要的电阻开关特性参数影响不大；Forming 电压随薄膜的厚度增加而变大，而set 电压和reset 电压则变化不大；当薄膜厚度减小至25nm 时，可以获得无需forming的ReRAM特性。最后，理论研究表明，薄膜中氧空位在无需forming 过程的电阻开关特性中起着重要的作用。. 项目完成学术论文25篇，获得专利授权2项，另有7项专利已经公开，完成硕士生毕业论文8篇，博士生毕业论文1篇。