3.3.4高温对阻变性能的影响...32

3.4几类阻变存储器综合性能比较..34

结 论37

致 谢38

参考文献...39

第一章绪论

1.1引言

科学技术的飞速发展带领着人们进入了电子信息化社会。过去三十年里，人类所产生的信息量已经达到甚至超过了5000年来信息产量的总和[1]。信息量的爆炸式增长使得人们对低成本、高存储密度、低功耗、储存快速的存储器的需求越来越迫切。随着半导体工艺向20nm技术节点或者更小的尺寸方向发展，传统的闪存存储器工艺面临越来越多的技术挑战。其最主要的问题是，在不断缩小器件尺寸的过程中，氧化物薄膜层的厚度也在不断减小，电荷泄漏变得越来越严重，这直接减弱了存储器的数据保持能力。另外，flash属于电致可擦写可编程存储器，每个存储单元由一个MOS管和一个浮栅组成，操作电压在5V以上。而根据电子行业的国际协定，未来标准Si逻辑电压将从5V降到3.3V，再降到1.1V，最终降低到0.5V，而在这一电压下，flash器件将无法稳定工作。除此之外，它还有写/擦时间长（1ms/0.1ms）,擦写次数有限（<105次）等不足[2]。上述缺点都使得flash技术越来越无法满足未来的存储器发展需求，因此发展新型非易失性存储器已成为迫在眉睫的任务。

针对目前的发展趋势，国内外都已经对新型非易失存储器做了大量研究工作，可以根据目前已有的种类将其大致分为四种：铁电存储器（ferroelectricrandomaccessmemory,FRAM）、相变存储器（phase-changerandomaccessmemory,PRAM）、磁阻式存储器（magneticrandomaccessmemory，MRAM）和阻变存储器（resistancerandomaccessmemory,RRAM）。

除此以外，随着近几年可穿戴设备的兴起，人们对小型可携带器件的青睐程度不断增加，对可弯曲、可拉伸的电子器件研究成为了技术发展的新兴热点。许多电子产品制造商也开始对柔性显示屏、电子阅读器、手机等消费电子产品表现出强烈的兴趣。在这其中，负责信息存储的组件作为器件核心部分对技术提出了很高的要求，关于柔性存储器的研究正在迅速展开。机械灵活性是柔性器件的关键要素,因此还需要对在不同的弯曲状态下柔性器件做深入的探讨和分析。

1.2阻变存储器

1.2.1RRAM的结构、原理

RRAM的基本机构为为上下电极以及电阻转变层组成的“三明治”结构，如图1-1所示。阻变材料在外加电场或电流的作用下电阻值发生改变，可根据阻值大小将两种状态分别命名为“高阻态”(HighResistanceState,HRS)和“低阻态”(LowResistanceState,LRS)，定义为“0”和“1”。氧化物材料在高阻态和低阻态之间进行转变，转变后的阻值状态可以保持较长的时间，由此可以开发非易失性存储器。

图1-1RRAM的基本结构

1.2.2RRAM性能参数

衡量RRAM器件性能的参数主要包括开关比、读取时间、保持能力、抗疲劳性能。图1-2是描述阻变现象I-V曲线。初始状态时，材料的电阻值很高，需要对器件施加一个Forming电压VF，使器件由高阻态转变为低阻态，从而具有阻变性质。为了防止电流过大造成击穿，需要设定一个限制电流IC。Forming过程结束之后，器件的阻值通常要比初始状态小好几个数量级，并且撤去电压后这一状态能够继续维持，证明该转变具有非易失性。由低阻态再回到高阻态的过程被称为RESET，再由高阻态回到低阻态称为Set（仍然需要限流）。其中，Formig和SET都是高阻态向低阻态转变的过程，但通常SET之前器件的电阻要比Forming之前的小，SET的电压也要比Forming电压小得多。