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相变存储器、纳米晶浮栅存储器和电阻存储器是当前新型存储技术的研究热点。本课题围绕三种新型存储技术存在的问题,主要开展了以下几方面的工作:
利用标准的0.18μm CMOS工艺和后续特定的制备技术成功制备出相变存储器器件单元及其阵列。所制备的相变存储器器件单元的高阻态阻值比低阻态阻值大两个量级以上。非晶态到晶态的阈值电流达到10微安以下,在脉宽50 ns,脉高2.0 V的脉冲电压作用下,可实现器件由晶态到非晶态的转变。对器件进行x射线辐照,实验结果表明器件具有非常优异的抗辐照能力,其抗总剂量辐照能力达到2M rad(Si)。
改变传统的利用单层相变薄膜作为相变存储器存储介质的思路,提出ST/GST复合膜作为存储介质的思想并制备出相变存储器器件单元及其阵列。在电流扫描模式的电流-电压(I-V)特性曲线中,明显地观察到两个稳定的S形状的负阻峰,说明存在三个存储状态。在脉冲电压模式的电阻测量(R-V)中,同样出现三个电阻台阶。这些实验结果表明ST/GST复合膜可以作为相变存储介质以实现多级存储。
提出双量子阱三势垒结构的新型纳米晶浮栅存储器存储单元,以增强其中的电荷保持力,并在PECVD系统中原位制备出a-SiNx/nc-Si/a-SiNx/nc-Si/a-SiNx双层量子点堆栈结构。电容-电压(C-V)测量结果表明原始淀积样品没有电荷存储效应,而退火后的样品出现明显的电荷存储窗口。在I-V特性曲线中,退火样品的充电电流峰比放电电流峰尖锐,并且强度大,表明双层量子点堆栈结构具有更长的电荷保存时间。
利用TiNx作为阻挡层,制备出基于TiOx/TiNx的电阻存储器存储单元(Al/TiOx/TiNx/W/Al)并研究了其中的电学性能。在直流模式的电流-电压测量和脉冲电压模式的电阻测量中,分别观察到显著的电流、电压或电阻变化现象。高阻态与低阻态之间阻值差达到2个数量级,电阻变化所需的最短时间达到30 ns,低阻态的电阻提高到5 kΩ。