阻变存储器电学特性的研究
自过渡金属氧化物阻变存储器动态特性的蒙特卡洛仿真
关键词:阻变存储器 电化学原理MｏｎteCarlo仿真氧空位导电
ﻬ
Ａbstract
Ｗｉtｈｆａst devｅｌopment of mｏdｅｒn intｅgｒated cirｃuitｄesｉgnandｔeｃｈnoｌoｇy，conveｎtionａlｎoｎ-volatile memoryｓucｈasFLＡＳHmeｍory iｓfaceｄwiｔhmorｅissueｓasitｉsreaｃhｉng its phｙsical limitａｔion wheｎcritiｃal dｉｍenｓionis scａlingdowｎ. Theｅmｅrging resistｉve RAＭ(RRＡM) is atｔraｃｔinｇmuｃh aｔｔｅntionfromｂoth maｎuｆactureｓandcｏllｅgesｆｏr iｔsgｒeat scａlaｂility,ｓimpｌeｍemｏry cｅlｌsｔrｕｃture aｎｄgood coｍpaｔibility wｉtｈＩCprｏｃｅsｓ.Howeveｒ,ｔhe switcｈing mecｈanismofＲRAM devicｅis nｏt thoｒoughlystｕdｉeｄｓo far, aｎd tｈｅlocａｌeffｅctｉｎｔhe fuｎctionalｌaｙer oｆRRAM dｅｖiceｉs stiｌlｕnderｄｅbａｔe,aｌｌofwhichｈｉnderｆuｒther rｅseaｒchａnｄfａｂriｃation ofＲRAＭ．
In ordｅｒto disｃuss witｈthｅsｉmulａｔioｎrｅsuｌtstoｖeriｆyｔhe accuｒacy of themodeｌing sｉmuｌａtionworｋ,tｈe reｓistiｖe switchiｎg devｉceofSiｓuｂsｔrａte W/VOx/Cu stｒuｃｔureｗaｓfａｂrｉcateｄ, anｄthe experiment andｍodｅling simuｌation aｒe coｍbiｎedｆｏr deeｐｅr explorａtion oｆthｅresiｓｔanｃechaｎgestorａgｅmecｈaniｓｍ
阻变存储器入门介绍
阻变存储器入门介绍RRAM是一种基于电阻变化的存储技术，通过调整电阻值来存储和读取数据。
它使用了一种称为"电阻随机烧结"的机制，利用了材料中的物理和化学效应来实现电阻值的变化。
RRAM通常由两个电极之间夹状的电阻随机烧结材料组成，其中一种是金属氧化物或硫化物。
当一个电压脉冲施加到电阻材料上时，其中产生的离子迁移会改变材料内部的电阻。
根据电压脉冲的极性和大小，电阻材料的电阻值可以被调整为不同的状态。
RRAM具有许多优点，使其成为下一代存储器技术的热门选择之一、首先，RRAM具有极低的功耗。
由于其存储过程是通过电阻调整来实现的，相比于传统存储器技术，RRAM的功耗要低得多。
其次，RRAM具有快速的存取速度。
由于RRAM的存取时间仅受限于电阻状态的调整时间，因此RRAM可以在纳秒级别的时间内进行存取操作。
此外，RRAM还具有高密度存储的能力。
由于其存储单元的尺寸很小，可以实现高集成度并具有更大的存储容量。
除了这些优点，RRAM还具有其他一些特殊的特性。
首先，RRAM是一种非易失性存储器技术。
即使在断电的情况下，存储的数据也能长时间保持。
这使得RRAM非常适合用于需要长期保存数据的应用领域。
其次，RRAM对环境的依赖性较低。
与闪存相比，RRAM在高温和辐射环境下具有更好的稳定性和抗干扰能力。
因此，RRAM适用于一些极端环境下的应用。
尽管RRAM具有许多优点，但它还存在一些挑战和限制。
首先，RRAM的可靠性和耐久性仍然需要改进。
存储材料的电阻变化可能会导致存储单元的退化，影响其可靠性和寿命。
此外，RRAM的制造成本较高。
由于RRAM技术还处于早期阶段，生产工艺和设备的成本仍然很高。
这导致RRAM在商业上的应用仍然受到限制。
尽管存在一些挑战，但RRAM作为一种新型的存储器技术仍具有巨大的发展潜力。
随着技术的不断进步和商业化的推进，RRAM有望在未来取代传统的存储器技术，为人们提供更快速、低功耗和高密度的数据存储解决方案。
二元金属氧化物阻变存储器概述
二元金属氧化物阻变存储器概述半导体器件的尺寸随着摩尔定律的不断缩小是支撑集成电路和信息技术快速发展的原动力。
然而基于电荷存储机制的Flash 存储器作为当前主流的非挥发性存储技术随工艺技术代拓展遇到严重的技术瓶颈，已经无法满足信息技术迅速发展对超高密度存储的要求。
为了延续摩尔定律的前进脚步，许多基于其它存储概念的新型非挥发性存储技术受到科研界和学术界的广泛关注。
其中，基于薄膜材料的可逆电致电阻效应的阻变随机存取存储器(resistive random access memory,RRAM)，因其具有简单的器件结构、低压低功耗操作、高速擦写和极佳的尺寸缩小性等优势，并且其材料与当前CMOS 工艺兼容，被认为是下一代非挥发性存储器的最有力竞争者之一。
在阻变存储器(RRAM)中，我们把研究的注意力集中在材料组分简单、容易控制，制造工艺与CMOS兼容的二元金属氧化物上，创新性地研究了掺杂二元金氧化物的电阻转变特性。
主要研究了Au/ZrO2:Au/n+ Si，Au/HfO2:Cu/n+ SiCu/ZrO2:Cu/Pt这三种材料结构的阻变特性，分析了各自电阻转变的可能机制，发展了一套测试器件性能参数的电学测试方法。
实验结果发现在二元金属氧化物中掺杂可以有效的提高器件的成品率，我们认为这是由于人为引入的杂质能够调制与阻变密切相关的缺陷的分布和类型。
这项结果使得掺杂的二元金属氧化物材料具有很大的RRAM的应用潜力。
关键词：非挥发性存储器；电阻转变；阻变随机存储器；二元金属氧化物；多值存储；第一章绪论1.1 引言存储是一切生物的本能，松鼠存储过冬的松果；北极熊为冬天的漫长寒冷存储下厚厚的脂肪以冬眠；而人类的发展从未离开过存储。
从古至今，从原始人类存储食物，到现代人的信息交流，都离不开这个词。
我们存储的载体从山洞变成了冰箱，从毛皮变成了纸张，又从纸张变成了手机，电脑等电子产品。
随着人们的生活水平越来越高，越来越多人都拥有各种电子产品。
基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究
基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究李颖弢;刘明;龙世兵;刘琦;张森;王艳;左青云;王琴;胡媛;刘肃【期刊名称】《微纳电子技术》【年(卷),期】2009(46)3【摘要】随着器件尺寸的缩小,阻变存储器(RRAM)具有取代现有主流Flash存储器成为下一代新型存储器的潜力。
但对RRAM器件电阻转变机制的研究在认识上依然存在很大的分歧,直接制约了RRAM的研发与应用。
通过介绍阻变存储器的基本工作原理、不同的阻变机制以及基于阻变存储器所表现出的不同I-V特性,研究了器件的阻变特性;详细分析了阻变存储器的五种阻变物理机制,即导电细丝(filament)、空间电荷限制电流效应(SCLC)、缺陷能级的电荷俘获和释放、肖特基发射效应(Schottky emission)以及普尔-法兰克效应(Pool-Frenkel);同时,对RRAM器件的研究发展趋势以及面临的挑战进行了展望。
【总页数】8页(P134-140)【关键词】阻变存储器;非挥发性存储器;I-V特性;阻变机制;工作原理【作者】李颖弢;刘明;龙世兵;刘琦;张森;王艳;左青云;王琴;胡媛;刘肃【作者单位】中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术实验室,北京100029;兰州大学物理科学与技术学院微电子研究所,兰州730000;安徽大学电子科学与技术学院,合肥230039【正文语种】中文【中图分类】TN304.21;TP333.8【相关文献】1.测量I-V特性分析阻变存储器的导电机制 [J], 谢伟2.“22nm关键工艺技术先导研究与平台建设”项目通过验收/中科院阻变存储器微观机制研究获进展/新型内存可在超过300℃高温下工作 [J],3.基于Cu/SiOx/Al结构的阻变存储器多值特性及机理的研究 [J], 陈然;周立伟;王建云;陈长军;邵兴隆;蒋浩;张楷亮;吕联荣;赵金石4.阻变存储器阻变层材料专利技术综述 [J], 黄晓亮; 田凌桐; 王文晓; 孟圆5.一种Cu_xSi_yO阻变存储器的温度特性与微观机制分析 [J], 罗文进;胡倍源;杨玲明;林殷茵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
新型阻变存储技术
新型阻变存储技术随着时代的不断发展，数字信息已经成为人们日常生活中不可或缺的组成部分。
而存储器作为存储数字信息的设备，也在不断更新换代中。
从最早的磁盘、光盘、U盘，到如今的固态硬盘，每一种存储设备都有其独特的优势和不足。
而在新一轮的科技革命中，一种新型的阻变存储技术正在逐渐崛起，这种技术在存储容量、读写速度等方面都拥有巨大的优势，具有广泛的应用前景。
一、什么是新型阻变存储技术新型阻变存储技术是一种基于阻变材料的存储器技术，阻变材料可以改变其电阻值来存储数字信息。
这种存储器技术存在许多不同的形式，如电阻随机存取存储器（RRAM）、相变存储器（PCM）、自旋存储器（SPM）等。
这些不同的形式都使用了不同的材料和存储原理，但基本原理是相同的。
阻变材料的本质是一种能够在读取信息时改变其电阻值的固态物质。
阻变存储器就是将这种材料制成电子器件，并通过控制电流来改变其电阻值，从而实现数字信息的存储和读取。
二、新型阻变存储技术的优势与传统的存储器相比，新型阻变存储技术具有若干明显的优势。
其中最主要的优势有以下几点：1. 存储容量大阻变存储器的存储密度可以达到非常高的水平。
由于阻变材料具有亚纳米级别的尺寸，因此在同样大小的存储空间内可以存储更多的信息。
此外，阻变存储器还可以进行垂直堆叠，从而进一步提高存储密度。
2. 读写速度快由于阻变存储器是一个纯电子器件，因此读写速度非常快。
它没有机械动作和旋转延迟的问题，能够实现微秒级别的读写速度，这让阻变存储器成为非常适合高速计算和大量数据处理的存储器设备。
3. 能耗低阻变存储器工作时只需要很小的电流即可实现存储和读取操作，因此能耗非常低。
这将有助于降低计算机系统的总能耗，特别是在移动设备中，对于电池寿命的延长也非常有帮助。
4. 可靠性高新型阻变存储器的可靠性非常高，能够承受高达百万次以上的读写操作，具有非常长的使用寿命。
此外，由于阻变存储器没有机械部件，因此也不会发生因受力过大、碰撞等意外因素引起的损坏。
ZnO基薄膜及其阻变式存储器的研制的开题报告
ZnO基薄膜及其阻变式存储器的研制的开题报告一、研究背景及意义随着微电子技术的不断发展，存储器件的性能和可靠性需求不断提高，研制新型存储器件成为当前研究的热点之一。
阻变式存储器(ReRAM)是一类新兴的非挥发性存储器件，具有优异的性能特点，诸如低功耗、快速读/写速度、高密度、长寿命等，被认为是继替传统闪存存储器器件的后继者。
氧化锌（ZnO）因为具有广泛的光电、磁电、压电特性，具有良好的生物相容性和化学稳定性，在微电子学、传感器、光电器件等领域具有广泛的应用前景。
ZnO薄膜由于其优异的物理、化学特性，成为研究阻变式存储器的理想材料。
在已有的研究中，ZnO基阻变式存储器的性能得到了进一步提升，但是其研究仍然具有重要的意义。
二、研究内容和方法本研究将以ZnO薄膜为研究对象，采用射频磁控溅射技术制备ZnO 薄膜。
通过改变制备条件如反应器气氛、溅射能量等，优化制备工艺和薄膜结构，实现ZnO薄膜的优异性能以及与电极的优良质接触。
同时，构建ZnO基阻变式存储器器件的结构，制备并进行器件测试。
通过改变阻变层材料和机构设计，提高器件的存储性能和读写速度。
三、预期结果研究预计通过制备优质的ZnO薄膜和合理的器件结构，实现ZnO基阻变式存储器的设计、制备和优化，提高器件的性能和可靠性。
同时，预期能够对存储器件领域的发展做出一定的贡献。
四、研究意义和应用价值本研究的主要意义在于研究ZnO基阻变式存储器的器件性能和实用性，探究新型存储器件的发展方向，对推动存储器件领域技术的进步和发展有着重要的意义。
同时，预期的成果在信息存储和处理、智能电子设备、物联网等领域具有广泛的应用价值，对提高电子信息产业的发展水平，推进经济社会的发展有重要作用。
10.阻变式存储器存储机理
sisted thermal ionization) ,是一种发生在体内的类似
于肖特基势垒的效应 [ 8 ]. 绝缘体材料在生长过程中
发生分解或受污染时必然带来大量的陷阱 ,这些陷
阱在体内产生类似于界面处的库仑势垒 ,严重限制
了漂移电流和扩散电流 ,而相邻陷阱间的距离比较
大 ,隧穿现象又很难发生 ,因此这时只能通过陷阱俘
从高阻到低阻的转变则需要加电压至 Vth ,局域 态能带顶驻留的电子在电场的作用下被释放出来 , SiO 材料重新回到低阻态. S - V 理论的 I - V 曲线呈 字母 N 形 ,为单极性 ,如图 3所示.
兹曼常数 , T为温度 ,ε0 为真空介电常数 , K为相对
介电常数. 如果不考虑温度的影响 ,上式可定性看作
Abstract Resisitive random access memories ( RRAM s) are one of the most p rom ising next - generation non volatile memory devices, based on reversible switching between high and low resistance states by the app lication of an external electric field. They have been widely studied as a remarkable new type of memory device, due to their potential for scaling down beyond the 32nm node lim it to rep lace current mainstream flash memory devices. How2 ever, controversy about the resistance switching mechanism of RRAM s has severely lim ited their further develop2 ment and app lication. In this article certain essential models of the charge2transportation in the bulk material are described, and p resent theories exp laining the resistance switching mechanism are also reviewed. Keywords non2volatile, resistive random access memory ( RRAM ) , review, space charge lim ited current ( SCLC) , filament
面向神经网络的模拟型阻变存储器的可靠性研究阅读札记
《面向神经网络的模拟型阻变存储器的可靠性研究》阅读札记一、内容描述在阅读《面向神经网络的模拟型阻变存储器的可靠性研究》这篇文献后，我对其内容进行了详细的札记和整理。
本文主要聚焦于模拟型阻变存储器在神经网络应用中的可靠性问题。
背景介绍：文章首先介绍了阻变存储器（RRAM）的基本概念、发展历程及其在神经网络中的应用前景。
指出随着神经网络的快速发展，对存储器的需求越来越高，而阻变存储器因其独特的非易失性、高集成密度和模拟特性，成为神经网络应用中的理想选择。
神经网络对存储器的需求：神经网络需要大量的参数和权重，对存储器的读写速度、容量和功耗等方面有着较高的要求。
传统的存储技术难以满足神经网络的需求，而阻变存储器在这方面具有潜在的优势。
模拟型阻变存储器的可靠性问题：文章重点探讨了模拟型阻变存储在神经网络应用中的可靠性问题。
包括阻变存储器的耐久性、保持性、读写误差以及温度变化等因素对可靠性的影响。
这些问题直接影响到神经网络的学习性能和准确性。
可靠性提升方法：针对模拟型阻变存储器的可靠性问题，文章提出了一些解决方案和建议。
包括优化材料选择、改进工艺制程、设计新型存储结构等。
还介绍了在神经网络算法层面进行优化，以提高存储器的可靠性。
实验验证与结果分析：文章通过一系列实验验证了所提出的方法和建议的有效性。
包括对模拟型阻变存储器的性能进行测试，以及与神经网络结合的仿真实验等。
实验结果证明了优化措施对提升阻变存储器可靠性的积极作用。
结论与展望：总结了本文的研究成果，并指出了未来研究方向。
认为模拟型阻变存储器在神经网络应用中具有巨大的潜力，但仍需解决可靠性问题以实现更广泛的应用。
未来研究方向包括进一步提高存储器的性能、降低成本、拓展应用领域等。
通过阅读这篇文献，我对模拟型阻变存储器在神经网络应用中的可靠性问题有了更深入的了解，并掌握了相关知识和技术。
在此基础上，我将继续关注这一领域的发展动态，为未来的研究和应用做好准备。
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阻变存储器电学特性的研究
阻变存储器（ReRAM）是一种新型的非挥发性存储器技术，具有高密度、快速操作和低功耗等优点，被广泛认为是下一代存储器的主要候选技术之一、其工作原理是通过改变材料中的电阻来实现信息的存储和读取。
随着对阻变存储器技术的深入研究，其电学特性逐渐得到了揭示和理解。
阻变存储器的电学特性主要包括电阻窗、可重复程度、读取能力和耐久性等。
电阻窗是指在状态切换过程中材料电阻发生改变的范围。
在现有的阻变材料中，电阻窗通常在几十到几百倍之间。
电阻窗大小对于阻变存储器的稳定性和读取能力至关重要。
可重复程度是指材料在多次状态切换后恢复初始状态的程度。
阻变存储器的可重复程度需要尽可能高，以确保可持续的数据存储和读取性能。
当材料的可重复程度较低时，可能出现数据丢失或错误读取的情况。
读取能力是指阻变存储器在读取操作时的电流响应速度。
由于阻变存储器的工作机制涉及到电阻的状态改变，在不同的电阻状态下，电阻器的电流响应速度可能存在差异。
因此，优化阻变存储器的读取能力是提高存储器性能的重要因素之一
另外，阻变存储器的电学特性还与材料的制备方法、结构设计和器件工艺等因素密切相关。
因此，对于阻变存储器的电学特性研究不仅需要从材料层面进行探索，还需要与器件层面的设计和优化相结合。
目前，针对阻变存储器电学特性的研究主要集中在材料选择和制备、器件结构设计和优化、读取电路设计、稳定性和寿命等方面。
这些研究的目标是提高阻变存储器的性能，并推动其在实际应用中的商业化。
综上所述，阻变存储器的电学特性研究是推动其发展和应用的关键之一、通过深入研究阻变存储器的电学特性，可以为其性能优化和工艺改进提供基础理论和实验依据，进一步推动阻变存储器技术的发展。