聚合物基忆阻器的性能研究及机制分析

发布时间：2025-04-27 02:53

　　随着半导体技术工艺节点不断推进,传统闪存(Flash)面临着许多缺陷和一系列技术难题。一方面,由于Flash存储器编程电压较高,需要特殊的结构提升电压(如电荷泵,Charge Pump)从而加大了电路设计难度。另一方面,传统冯·诺依曼计算系统涉及单独的处理和存储单元,导致数据移动速率缓慢并且需要消耗大量能量。另外随着特征尺寸不断缩小还会带来工艺、电路局部升温和保持性变差等可能无法解决的问题,因此目前的半导体技术不能满足对未来超高密度存储的要求。尤其是最近与人工智能相关的以数据为中心的应用程序爆炸性增长使该问题更加突出。为了应对这些问题,工业界和学术界对下一代非易失性存储器提出了两种发展思路。一种是在当前Flash技术的基础上,针对出现的问题进行技术上的改进,以期望在现有的技术基础上向前继续推进。另一种思路则在Flash走向物理极限之后,以全新非易失性存储器技术代替传统Flash技术。基于离子参与的氧化还原电阻式存储器(RRAM或称为忆阻器,memristor)具有低功耗、较高开关速度、良好保持性、高耐久性和可缩放性等优点,被认为是未来非易失性存储技术最有希望的候选者之一。特别是使用固态电...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.3不同开关机制忆阻器的运行示意图:b,界面切换;c,阻变层电阻整体变化的器件;d,金属阳离子器件的开启(或称为导通)过程:Ag/SiO2/Pt器件;e,阴离子器件的开启操作:TiN/HfO2/Pt;f,双离子器件的开启操作:Ag/Ta2O5/Pt。导电丝在d–f中用黑色虚线标记。

根据导致电阻转换的离子类型不同,忆阻器主要可分为三类,即阳离子器件(也称为电化学金属存储,ECM),阴离子器件(也称为价电荷存储,VCM)和双离子器件。典型的阳离子装置由电化学活性金属/介质层/惰性金属结构组成。当器件特征尺寸减小到纳米级别时,介质层可以使用多种类型的固体电解质[....

图1.4导电细丝形成的原位TEM图像及示意图。a,b)同一器件中两个位置上具有不同尺寸有源电极的原位I-V曲线以及尺寸可变的CF生长的相应TEM图像,Cu尖端电极和CF的直径分别为30 nm和8 nm以及60 nm和20 nm;c)器件在没有偏置电压的情况下的启动状态示意图;d)SET过程中Cu团簇迁移和CF生长的示意图。e)在器件中生长的薄而离散的簇状CF示意图。。

通过透射电子显微镜(TEM)或扫描电镜(SEM)已经对金属离子器件进行了深入研究,而且这两种技术也是目前研究忆阻器机制最常用的表征手段,可以探究忆阻器件的开关机理。在形成过程中,已经观察到一类涉及CFs以银纳米颗粒链或连续银晶相的形式生长[100,101]。CFs的生长方向和切换....

图1.5基于Lix MoS2器件之间的类突触运算及Li+离子重新分布的示意图。

图1.4导电细丝形成的原位TEM图像及示意图。a,b)同一器件中两个位置上具有不同尺寸有源电极的原位I-V曲线以及尺寸可变的CF生长的相应TEM图像,Cu尖端电极和CF的直径分别为30nm和8nm以及60nm和20nm;c)器件在没有偏置电压的情况下的启动状态示意图;d)....

图1.7通过原位TEM在Ag/Ta2O5/Pt器件中观察到双离子导电机制及其示意图。

2015年Wedig等人首先推测,Ta、Hf和Ti等金属的阳离子迁移与可以参与与氧空位的迁移竞争导致阳极上的氧空位和金属原子共同构成了纳米丝的化学结构,并最终实现金属氧化物忆阻器的电阻转换[98]。自此,已通过实验证明并阐述涉及阳离子和阴离子同时迁移的切换机制。在这些双离子器件中....

本文编号：4041767