微電子所在阻變存儲器微觀機制研究中取得系列進展

日前，中科院微電子研究所納米加工與新器件集成技術(shù)研究室（三室）在阻變存儲器微觀機制研究中取得系列進展。

阻變隨機存儲器(RRAM)具有結(jié)構(gòu)簡單、高速、低功耗、易于3D集成等優(yōu)勢，是下一代高密度非易失性存儲器的有力競爭者之一。然而，阻變機制的不清晰阻礙了RRAM的快速發(fā)展。從最基本的微觀層面探討和研究RRAM的微觀物理機制，獲得RRAM電學特性與材料微觀結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系，對于控制和提高器件的存儲特性具有重要的指導作用，也有助于器件失效模型的建立和分析。而如何通過微觀表征手段獲得阻變過程中伴隨的微觀結(jié)構(gòu)變化信息，一直是實驗技術(shù)和方案設計上急需解決的難點問題。

微電子所劉明研究員領(lǐng)導的課題組針對CMOS工藝兼容性好的二元金屬氧化物基RRAM，在器件的性能優(yōu)化、集成技術(shù)及阻變機制等方面開展了系統(tǒng)的研究工作，取得了一些重要進展。針對阻變機制的研究，該課題組以ZrO2材料為模板，通過對Cu/ZrO2/Pt器件的高、低阻態(tài)的變溫測試分析，發(fā)現(xiàn)低阻態(tài)時器件的溫度系數(shù)與Cu納米線的溫度系數(shù)相仿，證明了Cu導電細絲的形成和破滅是導致器件發(fā)生電阻轉(zhuǎn)變的主要機制(APL, 93, 223506, 2008)；通過降低電壓掃描速度在器件轉(zhuǎn)變過程中捕獲到臺階化的電流變化，證明了多根導電細絲參與了電阻轉(zhuǎn)變過程，建立了基于多根導電細絲的阻變模型(APL, 95, 023501, 2009)；通過TEM分析手段，在導通態(tài)樣品中成功捕獲到導電細絲，直接證明了這種由活性電極金屬構(gòu)成的多根導電細絲的轉(zhuǎn)變機制，并通過電場調(diào)節(jié)成功控制導電細絲的生長位置和方向，大大減小了由導電細絲生長的隨機性造成的器件參數(shù)離散(ACS Nano, 4, 6162, 2010)。

為了更深入地研究導電細絲形成和破滅的動力學機制，在上述工作的基礎(chǔ)上，該課題組與東南大學孫立濤教授合作開展了基于原位顯微探測技術(shù)的RRAM器件微觀機制的研究工作。通過TEM實時監(jiān)測RRAM器件在電學激勵過程中材料的微觀結(jié)構(gòu)變化，成功獲得了導電細絲生長和破滅的動態(tài)過程，如附圖所示。實驗觀測結(jié)果與傳統(tǒng)固態(tài)電解液理論預測的導電細絲生長過程相反，這主要是因為傳統(tǒng)理論模型中沒有考慮陽離子的固溶度與遷移率在不同固態(tài)電解液材料體系中的巨大差別。

該工作為深入理解氧化物固態(tài)電解液類型的RRAM的阻變微觀機制提供了堅實的實驗基礎(chǔ)，同時，該工作中提出的實驗方案也適用于其它體系的RRAM微觀機制的研究。

相關(guān)論文作為封面文章發(fā)表在Advanced Materials(24, 1844, 2012)上，并獲得審稿人的高度評價，被認為是“本領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)”。

上述研究工作得到了國家科技重大專項、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、中國高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）和國家自然科學基金的支持。

生成海報

免責聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，并對任何自主決定的行為負責。本網(wǎng)站對有關(guān)資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負任何法律責任。任何單位或個人認為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識產(chǎn)權(quán)或存在不實內(nèi)容時，應及時向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細侵權(quán)或不實情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。