Униполярное резистивное переключение в структурах на основе оксидов ниобия, тантала и циркония

• Автор: Кундозерова, Татьяна Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Устройства энергонезависимой памяти

1.1.1 Флэш-память (NAND, NOR) с захватом заряда

1.1.2 Память со случайным доступом на основе материалов с изменением фазового состояния

1.1.3 Сегнетоэлектрическая память

1.1.4 Магниторезистивная память

1.1.5 Память на основе эффекта резистивного переключения

1.1.6 Гибкая электронная память

1.2 Униполярное резистивное переключение
1.3 Модели униполярного резистивного переключения
1.3.1 Различия высокоомного и низкоомного состояний структур ReRAM
1.4 Свойства резистивного переключения
1.5 Эффект униполярного резистивного переключения в структурах на основе оксидов ниобия, тантала и циркония
2 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ФОРМИРОВАНИЕ МОМ СТРУКТУР
2.1 Механизм анодного окисление и структура анодно окисленных пленок
2.1.1Установка и методика получения оксидных пленок
2.1,20пределение толщины анодной оксидной пленки
2.1 .ЗЭкспериментальное получение тонких пленок N6205, TaiOj, Zr02.
2.2 Экспериментальное получение МОМ структур на основе тонких пленок NbjOs, ТагОз, Zr02
2.3 Импульсное лазерное напыление оксида ниобия
2.4 Магнетронное напыление слоев металла ниобия
2.5 Методика проведения электрофизических измерений
2.6 Методика измерения температурных зависимостей
2.7 Метод импедансной спектроскопии
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1 Рентгеноструктурный анализ исходных образцов
3.2 Исследование диэлектрических свойств исходных образцов
3.3 Экспериментальное исследование эффекта униполярного резистивного переключения в оксидах металлов N6305, Та205, 2Ю2
3.4 Влияние толщины оксидного слоя на работу структур
3.5 Влияние температуры на работу структур
3.6 Исследование переключения в импульсном режиме
3.7 Применение модели униполярного резистивного переключения
3.8 Исследование частотной зависимости импеданса структур
3.9 Исследование температурных зависимостей проводимости структур в различных резистивных состояниях
3.10 Элемент гибкой памяти ЯеІІАМ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В диссертации исследуется эффект униполярного резистивного переключения в оксидах Nb205, Та205, Zr02. В настоящее время, эффект резистивного переключения привлекает значительное внимание в связи с возможностью его применения в микросхемах электронной памяти ReRAM (Resistive Random Access Memory) [1-3].
Микросхемы памяти различной интеграции (различающиеся объемом хранимой информации) находят самое широкое применение. Разработка принципиально новых типов памяти, значительно превосходящих современные устройства по параметрам быстродействия, емкости, возможности масштабирования и устойчивости к механическим воздействиям, имеет особое значение. Современная технология энергонезависимой флэш памяти вплотную приблизились к пределу масштабирования и сталкивается с серьезными фундаментальными и инженерными трудностями при масштабах менее 22 нм [4]. Данные трудности определены самим принципом работы данного типа памяти - регистрация и перенос заряда. Вследствие этого крупнейшие электронные компании, такие как IBM, Samsung, Intel, Sharp, HP, Panasonic, Fujitsu и др. ведут активные работы в области разработки микросхем памяти с различными принципами хранения информации. Такие исследования привели к появлению нескольких перспективных (теоретически) технологий: FeRAM (сегнетоэлектрическая оперативная память), MRAM (магиторезистивная оперативная память), PCRAM (память на основе фазового перехода), ORAM (память на основе полимерных соединений), а так же памяти на основе углеродных нанотрубок [1].
Данные элементы памяти способны переключаться между двумя устойчивыми состояниями («О» и «1») благодаря различным физическим эффектам: изменение фазового состояния вещества от аморфного к кристаллическому (PCRAM), формирование канала проводимости в полимерной пленке (ORAM), поляризация сегнетоэлектрика (FeRAM), изменение магнитных моментов слоя (MRAM) [1]. Однако, несмотря на такое разнообразие разрабатываемых видов памяти, описанные технологии обладают рядом недостатков не позволяющих отдельной технологии стать лидирующей в области электронной памяти и получить повсеместное применение.

_ 10 <

<2 0.1 а.
0.01 о.
Рисунок 21 — Зависимость значения тока переключения НС — ВС от величины тока
ограничения [15].
Переключение от ВС к НС (процесс записи), достигается применением большего порогового напряжения, чем напряжение сброса (рисунок 82 (Ь)) V2>V і. Отметим, при переходе от ВС к НС, как и при формовке, принципиально важно выбрать адекватный ток ограничения процесса. Без ограничения по току структура переходит в невосстанавливаемое низкоомное состояние. Как и процесс формовки, данное переключение так же является мягким диэлектрическим пробоем, однако, в данном случае, напряжения пробоя значительно меньше. Результатом переключения так же является образование канала с высокой проводимостью.
1.3 Модели униполярного резистивного переключения
Несмотря на продолжительность времени изучения униполярного переключения, впервые оно наблюдалось в 1964г. Гиббонсом и др. [50], общепринятой точки зрения на механизм униполярного переключения не существует. Это является одной из ключевых проблем, которая препятствует дальнейшему и более активному развитию НеКАМ устройств.
Наибольшее распространение получила модель, основанная на формировании и локальном разрушении проводящего канала в оксидной структуре в процессе переключения [3,13,85], однако, подробное исследование процесса образования канала и его разрушения, а так же исследования его химического состава для широкого класса материалов в литературе практически не представлено [86].
□ МО [Эео 04] а
о N10 [КіповИПа 08] р'
Д N10 [Тэипойа 07] О '
Т7 НЮ2[СИеп10]

Д^'
д/Г І(ГЄЗЄІ)=І(5ЄІ)

01 0.1 1 ю
Эе1 Сотрііапсе Сиггеїи (тА)