氧化物電阻存儲器多值存儲的可靠性及失效機理研究

《氧化物電阻存儲器多值存儲的可靠性及失效機理研究》是依託北京大學，由劉力鋒擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氧化物電阻存儲器多值存儲的可靠性及失效機理研究
• 項目負責人：劉力鋒
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

氧化物電阻存儲器（RRAM）多值存儲技術是RRAM技術的主要發展方向之一，受到了人們的廣泛重視。RRAM多值存儲技術面臨的主要挑戰之一是氧化物RRAM多級電阻態之間的阻變可靠特性差，難以滿足RRAM器件多值存儲套用的需求；同時由於對RRAM多值存儲可靠特性的失效機理缺乏深入了解，目前還沒有形成有效改善和最佳化RRAM多值存儲可靠特性的技術方法。本項目擬在前期對於氧化物RRAM阻變開關機制、多值存儲特性等相關研究的基礎上，系統研究氧化物RRAM多值存儲的可靠特性（包括多級電阻態保持Retention特性、循環耐久力Endurance特性和讀寫干擾特性等）及其失效機理，並開展氧化物RRAM可靠特性失效的模型模擬研究和性能最佳化方法的創新性研究工作。

結題摘要

阻變存儲器件（RRAM）具有高速度、低功耗、可多值存儲、三維集成、CMOS工藝兼容性良好和優異可縮小特性等優點，在新一代非揮發隨機存儲、非揮發邏輯以及神經形態計算等領域具有廣泛套用前景。多值存儲是RRAM技術的主要發展方向之一。然而，氧化物RRAM多級電阻態的可靠性難以滿足RRAM器件多值存儲套用的需求，對多值存儲可靠特性的失效機理缺乏深入了解，缺少有效改善和最佳化多值存儲可靠特性的技術方法。本項目針對氧化物RRAM多值存儲的可靠性關鍵問題，在氧化物RRAM的多值存儲可靠性失效機制、模型和最佳化方法等方面開展創新研究。研究了電極、阻變層材料、界面和摻雜等對氧化物RRAM多值存儲特性失效的影響，研究了氧空位缺陷導電通道形成和斷裂引起的氧化物RRAM可靠特性失效的物理機制和物理起因。研究了表征和分析預測氧化物RRAM多值存儲可靠特性的物理模型，並開展模擬研究。研究提出通過阻變材料結構設計、後期工藝處理以及操作模式最佳化，改善和提高氧化物RRAM多值存儲可靠性能的技術方法。實現的氧化物RRAM阻變器件具有穩定的八級電阻態，電阻態室溫下數據保持時間可超過10年，循環耐久力次數超過106。利用氧化物RRAM的多值存儲特性，開展了RRAM器件在非揮發邏輯運算和神經形態器件的套用研究，實驗演示了多值阻變器件的四進制加法功能和低功耗神經突觸功能。在ACS Nano、IEEE Transactions on Electron Devices、 Applied Physics Letters等權威國際期刊和會議上發表論文16篇，申請國家發明專利8項。通過本項目的實施，加深了對氧化物RRAM多值存儲可靠特性機制的理解，獲得了氧化物RRAM多值存儲可靠性最佳化的技術方法，為氧化物RRAM器件在高密度存儲、非揮發邏輯、神經形態計算等領域的套用奠定基礎。