氧化物基電阻存儲器電阻開關特性的離子摻雜調控研究

《氧化物基電阻存儲器電阻開關特性的離子摻雜調控研究》是依託北京大學，由劉力鋒擔任負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氧化物基電阻存儲器電阻開關特性的離子摻雜調控研究
• 項目負責人：劉力鋒
• 項目類別：青年科學基金項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

電阻式非揮發存儲器（RRAM）是新一代非揮發存儲器的主要候選技術之一。RRAM目前面臨的主要問題是RRAM器件電阻開關的穩定性和可靠性不理想，難以滿足器件套用的需求，同時對RRAM電阻開關特性的物理機制缺乏深刻的理解。本項目在已有的研究基礎上，以提高氧化物基RRAM的電阻開關性能為目標，利用理論計算和實驗驗證相結合的手段，研究探索利用離子摻雜的方法改善和提高氧化物基RRAM電阻開關性能的技術途徑。將利用第一性原理計算的方法從理論上分析氧化物中離子的摻雜效應以及各種離子摻雜對氧空位行為的影響。基於理論計算結果，在實驗上研究金屬離子摻雜對氧化物基RRAM電阻開關性能的影響及規律，探索改善和提高氧化物基RRAM電阻開關性能的合適摻雜技術和方法。同時深入研究摻雜氧化物薄膜電阻開關和輸運特性的物理機制，建立具有一定普適性的摻雜氧化物基RRAM電阻開關和輸運的物理模型。

結題摘要

電阻式非揮發性隨機存儲器件（RRAM）具有結構簡單、工作速度快、存儲密度高、與CMOS工藝兼容性好等諸多優點，是新一代非揮發存儲器的主要候選技術之一。RRAM器件套用面臨的主要挑戰和瓶頸問題是對影響和決定RRAM器件阻變行為的物理機制尚未形成統一認識；RRAM器件的阻變穩定性和可靠性能不穩定，缺乏有效控制和評測RRAM阻變性能的技術方法。課題組針對RRAM技術套用所面臨的關鍵問題，重點在氧化物RRAM器件的阻變機制與模型、利用摻雜提高RRAM器件性能技術和氧化物RRAM特性評測技術三個方面開展研究，取得了創新的研究成果。通過系統研究典型單極型和雙極型氧化物RRAM器件的阻變開關特性，建立了一種可統一描述和解釋氧化物RRAM的單極和雙極型阻變開關特性的物理模型；利用第一性原理計算和實驗驗證相結合，提出了一種利用離子摻雜的方法改善和提高氧化物RRAM雙極器件阻變開關特性的技術方法；在氧化物RRAM阻變開關機制的研究基礎上，建立了一種評價氧化物RRAM雙極阻變可靠特性失效的物理模型，提出了一種有效提高氧化物RRAM器件可重複擦寫次數的技術方法。課題組在Applied Physics Letters（APL）、IEEE Electron Device Letters（EDL）、 International Electron Devices Meeting （IEDM）等權威國際期刊和會議上發表論文12篇，申請國家發明專利3項。