随着5G、大数据、人工智能、物联网等高新技术产业的快速发展,存储器的集成度和性能也与日俱增,然而传统的半导体存储器在几十年的发展后已逐渐接近其物理瓶颈,高新技术产业需要速度更快性能更好的新型非易失性存储器。目前已有多种新型存储器进入研究者的视野,在这些存储器中阻变存储器凭借其结构简单、成本低、集成度高以及和传统CMOS工艺兼容性好等优点引起了业界的高度重视。而在多种阻变材料中,氮化硅材料基于其优良的性能、极低的功耗等优点受到了研发人员的关注。本文通过构建SiNx/AlOx叠层器件来提高器件的性质,深入研究阻变的微观机理,具体的研究与成果如下所示:1.本文研究了不同薄膜厚度的Ta/SiNx/AlOx/Pt叠层RRAM,并探究了阻变层和绝缘层厚度对叠层器件电学特性、导电机制的影响。首先对单层的SiNx基RRAM和不同AlOx薄膜厚度的SiNx/AlOx叠层RRAM进行对比分析,观察到AlOx绝缘层降低了器件的工作电压、减小了器件的功耗并显著提高了器件的稳定性。然后分析器件的导电机制和阻变模型,研究发现AlOx绝缘层改变了RRAM的导电机制,进而提高了器件的性能,同时还发现3nm厚的AlOx绝缘层会极大的增加器件的Forming电压,从而使得器件窗口减小,容易发生误读。最后,本文还研究了SiNx阻变层厚度对叠层器件的影响,研究发现5nm厚的SiNx阻变层会导致叠层器件被肖特基发射机制所主导,从而使得器件窗口减小,功耗增加,而10nm及以上厚度的SiNx层构成的RRAM性能良好。2.为了进一步提高器件性能,探究器件的微观机理,研究了氮硅比对SiNx/AlOx叠层器件性质的影响。研究发现在器件具有较大氮硅比时,叠层RRAM会呈现出非线性的性质。本文首先介绍了高集成存储器阵列的串扰问题和目前已有的解决方案,阐述了非线性的定义和非线性解决串扰问题的优势。接着使用PECVD（等离子体增强化学气相淀积）工艺制备SiNx阻变层,并改变工艺过程中NH3和SiH4的比例来得到不同氮硅比的叠层器件。进行深入研究后发现,器件LRS时的非线性归因于电子隧穿通过AlOx绝缘层,隧穿机制随着外加电压的改变而改变。同时还发现当NH3流量为20sccm时,工艺过程中会给器件引入过多Si-H键导致非线性的程度降低。最后,分析了非线性器件的阻变模型,对非线性性质进行了更深入的研究。