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用于电阻开关存储器的新型介质薄膜和工艺的研究

作　者: 董元伟
导　师: 徐伟
学　校: 复旦大学
专　业: 信息功能材料与器件
关键词: 电阻开关存储器件 CuSCN基薄膜界面反应一次写入多次读取存储 Cu-DMcT配位聚合物薄膜
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着便携式电子产品的飞速发展,传统硅基存储器将无法满足巨大的市场需求以及高密度低成本的要求,所以目前存储器产业界和世界各地的研究小组掀起新一轮的新型存储器的开发热潮。基于铁电、磁阻和相变材料的新型存储器件相应得到开发和利用,并且已经实现了小规模市场化。但是复杂的制备工艺和高昂的成本仍然制约着这些新兴技术的全面市场化进程。为了制备具有低成本、工艺简单、良好的存储性能和可靠的通用存储器,现在一种新型的基于电阻开关的存储器件引起了广泛的关注,目前主要集中在两元过渡金属氧化物薄膜材料的研究上,由于其优良的存储性能,被寄予为2013年之后新一代存储器的强力竞争者。本文中,我们利用界面化学反应法制备了三种可用于电阻开关存储器的新型介质薄膜,并对介质薄膜进行了初步研究,然后通过探索和优化制备工艺来提高存储器件的性能,得到了两类具有良好的非易失性存储器件。同时我们利用表征手段对薄膜的成分进行了分析,提出了薄膜的成膜机理。并且利用电流拟合方法,深入分析了器件在电场作用的开关机制。虽然此项技术仍然处于初步的探索阶段,但是为制备低成本高性能的新型电阻开关存储器开辟了新的思路。本文的具体内容可概括为:1、研究了利用固固界面反应制备的CuSCN的复合薄膜,利用各种表征手段分析了薄膜的组成,制备了基于该复合半导体薄膜的M—S—M器件,发现该器件表现出良好的可写可擦电双稳特性。并且对薄膜的成膜过程提出了合理反应机制以及利用filament模型解释了器件的开关机制。2、采用铜膜在（SCN）₂溶液中固液界面反应的方法制备了基于二硫氰前体的功能介质薄膜,排除了固固反应中KOH有害杂质的影响。通过优化浓度和时间参数,改善薄膜质量,制备了高性能的电双稳存储器件。基于该化学工艺法制备的复合薄膜器件,可以实现连续400次无错误写读擦读循环,状态比可达10000倍。3、利用界面反应自组装的方法制备了Cu-DMcT配位聚合物薄膜,发现该薄膜表现出优良的一次写入多次读取的性能。通过优化溶剂、浓度和浸泡时间参数组合,改善了WORM的存储性能。器件的状态比可达10的7次方,而且表现出良好的信息维持时间,并且对器件的跳变过程进行了拟合分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章存储器技术的现状和新兴技术  8-18
  1.1 引言  8
  1.2 传统硅基半导体存储器  8-9
  1.3 新型无机存储器件  9-13
    1.3.1 铁电随机存储器件(FeRAM)  10-11
    1.3.2 磁阻随机存储器件(MRAM)  11-12
    1.3.3 相变随机存储器件(PRAM)  12-13
    1.3.4 电阻开关随机存储器件(RRAM)  13
  1.4 新型有机存储器件  13-16
    1.4.1 一次写入,多次读出式存储器件(WORM)  14-15
    1.4.2 电可擦写可读取存储器件  15-16
  1.5 研究思路和本文的工作  16-18
第二章存储介质的制备工艺和器件工作机制  18-25
  2.1 概述传统制备工艺的分类  18-19
  2.2 RRAM器件的三种主要机制  19-22
    2.2.1 界面氧空位分布导致的电阻开关效应  19-20
    2.2.2 phase change memory机制  20-21
    2.2.3 filament formation—rupture机制  21-22
  2.3 所用到的导电模型  22-25
    2.3.1 trap—free SCLC模型  23
    2.3.2 trap—limited SCLC模型  23-25
第三章实验方法  25-30
  3.1 实验方法概述  25
  3.2 实验材料  25-27
    3.2.1 实验必备材料  25-26
    3.2.2 实验用到无机盐和有机分子材料  26-27
  3.3 实验仪器与设备  27
  3.4 器件的制备工艺  27-29
  3.5 测试方法  29-30
第四章基于CuSCN复合薄膜的电存储特性  30-56
  4.1 引言  30
  4.2 固固界面反应制备CuSCN复合薄膜的电存储特性  30-45
    4.2.1 实验  30-31
    4.2.2 实验结果和讨论  31-38
    4.2.3 器件的极性开关机制  38-41
    4.2.4 参比实验  41-43
    4.2.5 可靠性分析  43-45
    4.2.6 本章小结  45
  4.3 固液界面反应制备基于二硫氰前体的介质薄膜的电存储特性  45-56
    4.3.1 实验  45-51
    4.3.2 复合薄膜的表征和分析  51-53
    4.3.3 优化工艺参数的器件性能  53-56
第五章基于Cu—DMcT配位聚合物薄膜的WORM器件特性  56-69
  5.1 引言  56
  5.2 实验  56-57
    5.2.1 有机分子材料  56
    5.2.2 介质层薄膜和器件的制备工艺  56-57
  5.3 实验结果和讨论  57-69
    5.3.1 溶剂系列器件性能  57-59
    5.3.2 浓度系列器件性能  59-60
    5.3.3 时间系列器件性能  60-61
    5.3.4 最优器件参数组合器件性能  61-69
第六章结论和展望  69-71
参考文献  71-81
发表论文及专利  81-82
致谢  82-83

用于电阻开关存储器的新型介质薄膜和工艺的研究

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