低功耗三維氧空位離子電晶體的製作與開關機制研究

《低功耗三維氧空位離子電晶體的製作與開關機制研究》是依託蘭州大學，由王琦擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低功耗三維氧空位離子電晶體的製作與開關機制研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：王琦
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

伴隨著電子設備的小型化與低功耗趨勢，基於離子遷移形成導電通道的納米離子器件有望構建新一代計算系統。其中不需要外接選擇器件的三端離子電晶體，由於其結構簡單，是具有套用前景的新一代非揮發性存儲與邏輯運算基礎元件。已報導的兩種機理離子電晶體，由於器件本身原理所限和性能上的缺陷，不能滿足套用的要求。本項目以申請人近期報導的一種基於氧空位遷移的三維離子電晶體原型為基礎，研究阻變層中電場分布對調控電晶體開關狀態的影響機制。通過最佳化源漏電極間距與阻變層厚度比例、最佳化阻變層微結構與柵電極材料，實現對電場分布的調節，分析影響氧空位有效遷移的機制，從而有效降低電晶體的開關電壓。項目的實施對進一步推動離子基電晶體的研究，實現離子電晶體的套用將具有科學研究意義。

結題摘要

伴隨著電子設備的小型化與低功耗趨勢，基於離子遷移形成導電通道的納米離子器件有望構建新一代計算系統。其中不需要外接選擇器件的三端離子電晶體，由於其結構簡單，是具有套用前景的新一代非揮發性存儲與邏輯運算基礎元件。已報導的兩種機理離子電晶體，由於器件本 身原理所限和性能上的缺陷，不能滿足套用的要求。本項目以申請人近期報導的一種基於氧空位遷移的三維離子電晶體原型為基礎，分析導致三維離子電晶體運行電壓高的原因可能是三維立體電極製備刻蝕工藝導致的立體源漏電極界面二氧化矽污染，對此我們通過最佳化刻蝕工藝，選用物理與化學刻蝕相結合的方式代替純物理刻蝕，有限減小了立體源漏電極界面的二氧化矽污染。在用最佳化刻蝕工藝製作的電晶體中，當柵電極為Ag時，獲得了優異的器件電晶體運行曲線，具體包括運行電壓大幅減小，保持了很高的源漏開關比、極小的柵極漏電流等。通過器件截面TEM分析可知，採用物理與化學刻蝕相結合的方式立體源漏電極界面污染明顯減少。進一步我們採用最佳化的立體電極結構，製備以氧化鉭為阻變層，柵電極分別為鉭、鎢等的以氧空位運行控制源漏導通狀態的離子電晶體，通過最佳化氧化鉭反應濺射條件，我們在柵電極為Ti/Ta組合下，獲得了運行電壓約為4V的氧空位運行非易失性離子電晶體，並對器件的運行機制進行了分析。項目所取得的成果，對進一步推動離子基電晶體的研究，實現離子電晶體的套用將具有科學研究意義。