金屬氧化物ReRAM的穩定性和可靠性研究

《金屬氧化物ReRAM的穩定性和可靠性研究》是依託杭州電子科技大學，由季振國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬氧化物ReRAM的穩定性和可靠性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：季振國
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

電阻式隨機存儲器具有存儲速度快、功耗低、結構簡單、存儲密度高、與積體電路工藝兼容等優點，近年來受到越來越多的關注，有望成為一種新的非揮發性隨機存儲器。然而，目前基於金屬氧化物薄膜的電阻式存儲器的讀寫次雖然高於目前通用的非揮發性快閃記憶體，但是與其他幾種新一代非揮發性存儲器相比要低幾個數量級，器件性能的穩定性也還不夠高。因此，穩定性和可靠性將是妨礙電阻式存儲器進入實際套用的一個重要因素。本項目計畫針對電阻式存儲器的可靠性和穩定性兩個問題開展研究，通過材料與器件製作工藝的最佳化以及器件結構的改進提高電阻式存儲器的穩定性和可靠性，弄清影響電阻式存儲器讀寫壽命和穩定性的物理機制。

結題摘要

本項目按計畫開展了基於金屬氧化物ReRAM的穩定性和可靠性研究。項目主要以ZnO薄膜ReRAM為研究對象。系統地研究了各種參數對器件性能和穩定性的影響。包括反應磁控濺射時氧分壓對器件性能的影響，退火對器件性能的影響，薄膜厚度對器件性能的影響，上、下電極材料對存儲特性的的影響等。在沒有現成商用測試設備的情況下，我們自主開發了一套ReRAM穩定性測試儀，解決了ReRAM工作壽命及穩定性的測試技術問題。研究結果表明，ZnO 薄膜的forming 電壓、set 電壓和reset 電壓不受氧分壓變化的影響，而reset 電流隨著氧分壓的上升而減小；在不同退火溫度下，ZnO 薄膜都能表現出穩定的電阻開關特性；退火溫度會對forming 電壓和高阻態的阻值產生影響，但退火溫度對set 電壓、reset 電壓、reset 電流和低阻態阻值等重要的電阻開關特性參數影響不大；Forming 電壓隨薄膜的厚度增加而變大，而set 電壓和reset 電壓則變化不大；當薄膜厚度減小至25nm 時，可以獲得無需forming的ReRAM特性。最後，理論研究表明，薄膜中氧空位在無需forming 過程的電阻開關特性中起著重要的作用。項目完成學術論文25篇，獲得專利授權2項，另有7項專利已經公開，完成碩士生畢業論文8篇，博士生畢業論文1篇。