新型氧化物复合材料阻变存储器的制备及存储特性研究

Resistive random access memory (ReRAM)is one of the potential candidates for next-generation nonvolatile memeory. However, the resistive switching parameters (including On/OFF resistance ratio, set and reset voltage) is dispersive, which isn't beneficial to write/erase information effectively. In view of this, according to our laboratory conditions, this project studies two kinds of new struture oxide ReRAMs: nanocrystal/oxide film composite and layered films, and the oxide nanocrystal/oxide film composite ReRAM has not been reported before.Through the introduction of singe well-dispersed nano particles, we can obtain the nanocrystal/oxide composite stucture ReRAM with controlled properties. For the laminated structure, using ALD technology to clarify the resistance switching mechanism through the adjustment of xoygen vacancy concentration in different layers. Using the subsequent processing, current-limitation pretreatment process to modulate the initial resistance state and the defect of storage unit, then we can explore the performance consistency of the storage units in memory integration process. This project will provide the theoretical basis and material system support for the development of ReRAM to pratical direction.

阻变存储器（ReRAM）做为下一代存储器的有力竞争者有着广阔的应用前景。但是，阻变存储器中阻变转换参数（主要包括开、关电阻值和打开、关闭电压值）分布比较弥散，难以控制，这不利于器件存储信息的有效写入和擦除。鉴于此，本项目根据自身实验室条件，研究两种新型结构的氧化物阻变存储器：纳米晶/氧化物薄膜复合结构和叠层（堆垛）复合薄膜结构，其中，氧化物纳米晶/氧化物薄膜复合结构文献上尚无报道。通过引入单分散好的纳米颗粒，获得性能可控的纳米晶/氧化物复合结构阻变存储器。对于叠层氧化物结构，引入原子层沉积技术，通过调节不同层之间氧空位浓度，澄清叠层结构的阻变机理。通过对存储单元的后继处理、限流预处理等工艺，对单元的初始阻态和缺陷情况进行调制，探索阻变存储器集成过程中各存储单元性能一致性问题。本项目将为阻变存储器向实用化方向的发展提供基础理论和材料体系的支撑。

阻变存储器（ReRAM）做为下一代存储器的有力竞争者有着广阔的应用前景。然而，目前氧化物阻变存储器中阻变转换参数（主要包括开、关电阻值和打开、关闭电压值）分布较弥散，不利于器件存储信息的有效写入和擦除。鉴于此，本项目主要研究两种新型结构若干体系的氧化物阻变存储器（叠层氧化物薄膜复合结构和纳米晶/氧化物薄膜复合结构）的原子层沉积制备、微结构和阻变性能，并对阻变机制进行了深入表征。通过引入叠层氧化物薄膜复合结构，如：Pt/Al2O3/HfO2/Al2O3/TiN，获得了阻变参数具有优异的一致性阻变单元，阻变机理分析表明，此叠层结构和TiN电极具有电场调制的效应，其中适当浓度氧空位的存在对形成导电细丝起决定作用，且导电细丝的连通与断开主要发生在界面层。通过在氧化物阻变层引入金属纳米晶，如CoPtx，获得了功耗更低（开关电压小于0.9 V）且阻变性能优异的阻变单元，数据至少可保持10年以上。出色的阻变性能是因为CoPtx纳米晶所在的Al2O3阻变薄膜位置处形成了较强的局域电场，进而控制导电细丝的形成位置和生长方向，改进了阻变参数的单分散性。另外也积极探索了原子层沉积技术在制备具有类脑功能的新型复合纳米结构忆阻器领域的应用。本项目的完成为阻变存储器向实用化方向的发展提供工艺制备和材料体系的若干支撑。