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1、河 北 大 学 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 开 题 报 告（ 学 生 用 表 ）论文（设计）题目 三明治结构 Pt/Zr0.5Hf0.5O2/ Pt 阻变开关性能研究 学院 电子信息工程学院 专业 电子科学与技术 学科 工科学生 马超 指导教师 闫小兵 职称 讲师一、课题的来源及意义阻变式存储器(resistive random access memory,RRAM)是以材料的电阻在外加电场作用下可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的一类前瞻性下一代非挥发存储器 1。它具有在 32nm 节点及以下取代现有主流 Flash 存储器的潜力,成为目前新型存储器的一个重要研究方向。
2、 RRAM 器件具有典型的“三明治”(MIM)结构,其上下电极之间是能够发生电阻转变的阻变层材料。在外加偏压的作用下,器件的电阻会在高低阻态之间发生转换,从而实现“0”和“1”的存储。与传统浮栅型 Flash 的电荷存储机制不一样 ,RRAM 是非电荷存储机制,因此可以解决 Flash 中因隧穿氧化层变薄而造成的电荷泄漏问题,具有更好的可缩小性。相比传统的 Flash 存储器,RRAM 作为一种采用非电荷存储机制的存储器在 32 nm 工艺节点以下将有很大的发展空间 2。二、国内外发展状况随着半导体工艺节点的推进，传统的 flash 非挥发性存储器遇到了严重的技术障碍。新一代存储器需要更高密度
3、、高速度、低功耗、具有非挥发性的且价格便宜的存储器 3。近年来，多种新型非挥发性存储器得到了飞速发展。如铁电随机存储器（Fe-RAM） 、相变存储器（PRAM ） 、磁阻存储器（MRAM ） 、阻变存储器（RRAM） 。阻变随机存储器(RRAM)具有结构简单、高速、低功耗、易于 3D 集成等优势，是下一代高密度非易失性存储器的有力候选 5。作为下一代非挥发性存储器的有力竞争者 ,国际上对 RRAM 存储器的研究工作如火如荼。具有电阻转变效应的材料很多 ,但是具体的电阻转变机制还不是很清楚 ,深入研究电阻转变机制能为 RRAM 器件的设计提供理论指导。 早在 1967 年 , Simmons 和
4、 Verderber 就研究了 Au/ SiO/ Al 结构的电阻转变行为。由于受实验手段和需求的影响,直到 2000 年,美国休斯顿大学(University of Houston)的 Ignatiev 研究小组报道了 PrxCa12xMnO3 ( PCMO) 氧化物薄膜电阻转换特性后,人们才开始投入大量的精力和财力对 RRAM 进行研究。报道的具有电阻转变效应的材料种类繁多,到底采用哪种工艺制备的何种材料能够得到实际应用还没有定论;现阶段的研究主要集中在电阻转变机制的探讨和单管性能的提升上。到目前为止,除 Spansion 公司在 2005 年的 IEDM 上公开发布的 64kb 测试芯片
5、外,还没有关于 RRAM 量产的消息 2。三、课题研究目标和内容目标：通过射频磁控溅射技术在 Pt 衬底沉积 Pt/Zr0.5Hf0.5O2/ Pt 薄膜，制备Pt/Zr0.5Hf0.5O2/ Pt 三明治结构阻变，研究其阻变开关性能。内容：掌握制备 Pt/Zr0.5Hf0.5O2/ Pt 三明治阻变器件实验方法，采用四探针测试器件，测试过程中，将薄膜器件放在探针台上，一探针接上电极，一探针接下电极，规定从上电极到薄膜电流方向为正，施加电压（0Vmax0Vmax0） ，测试其开关性能 4。四、课题研究方法及手段采用 X 射线电子衍射仪（XRO）测量薄膜晶向；使用参数测试仪 Keithley24
6、00 对三明治结构器件进行 I-V 性质测试 8，具体方法是 Keithley2400 提供循环扫描电压信装订线号，测试器件的开关性质，通过 Keithley2400 提供一个小的电压信号（不足以改变器件的高低阻态） ，测试器件的电阻随时间的变化值，来研究器件的保持性能。通过改变不同的电压极性，研究器件的有效开关次数（即抗疲劳特性） 。五、课题实验条件实验设备：磁控溅射系统，Keithley2400 数字源表，Agilent 函数发生仪，Lecroy双通道示波器，可控温探针台。通过以上方法，现有条件具有制备三明治结构阻变器件的能力，以及能够对器件进行电学测试，因此，本方案具有可行性。六、课题进
7、度安排 2.253.05 查阅、整理相关资料，进行相关外文资料翻译；对三明治结构阻变器件进行初步了解，熟悉器件实验上制备和测试方案流程；完成开题报告。3.064.20 具体进行器件的制备和测试，通过反复实验分析、调试制作过程以制作过程以制备出具有较好性能的三明治阻变器件单元；对器件进行各种表征测试，逐步完善实验数据。4.215.15 整理、分析实验数据，完成毕业论文撰写。5.165.30 对论文进行最后的修改完善，准备答辩。七、参考文献：1阻变式存储器存储机理 ，王永，2008年12月2阻变存储器及其集成技术研究进展 ，左青云、刘明等，2009年4月3新一代存储技术：阻变存储器 ，王源、贾嵩、甘学温，2011年3月4基于-特性的阻变存储器的阻变机制研究 ，刘明等，2009年3月5微电子所在阻变存储器研究中取得新进展 ，中国科学院，2010年12月 6氧化锌薄膜的阻变性能研究 ，曾正求，2011年6月7简单氧化物薄膜阻变存储特性研究 ，高旭，2011年8Au STO Pt 三明治结构阻变存储器性质研究 ，史自鸿，孙献文，2012 年 8 月学生签名：马超2013 年 3 月 22 日
