基于氧化钽薄膜阻变器件制备及特性研究

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1、３０３）－中图分类号ＴＮ；ＴＮ利４．９论文编号１００６０１６００８７？学科分类号．密级？５１０．１０３０＇＊＾义考ｖｆ乂净論ＴＮＹＩＡＮＪＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕ｉｂ学位论文基于氧化組薄膜阻变器件制备及特性研究Ｓｔｕｃｉｔｉｖ；ｙｏｎＴｈｅＲｅｓｓｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ？ｆ一－ＰｒｏｅｒｔｉｅｓｓｎｄＰｒｅａｒａｔｉｏｎｏｆ！］ｉｐｐＶ＇１Ａ－：－Ｌ！，ｊｆＪ：：ＴｉａｎｔａｌｕｍＯｘｉｄｅＢａｓｅｄＲｅｓｉｓｔｉｖ卫一■■一—＂＿一＇

2、？－ｉＳｒＷＭＷ＞ＳｖｖｉｔｃｈｉｎｇＤｅｖｉｃｅ｜＾＾＾ｙ■，＿１＾＿＿迎龜１＇．？＇ｒＴ．Ｃ．＇．ＴＴＢｉｆｉＨ电子科学与技术ＷＭ蜡ｓ过ｉｇｊ微电子学与固体电子学ｍＭＷＢ蒋浩Ｗ＾＾卻Ｊｉａｉ赵金石教授天津理工大学硏究生院二〇—六年二月分类号：510.1030密级：天津理工大学研究生学位论文基于氧化钽薄膜阻变器件制备及特性研究（申请硕士学位）学科专业：微电子学与固体电子学研究方向：半导体薄膜材料与器件作者姓名：蒋浩指导教师：赵金石教授2016年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTe

3、chnologyfortheMaster’sDegreeStudyonTheResistiveSwitchingPropertiesandPreparationofTantalumOxideBasedResistiveSwitchingDeviceByHaoJiangSupervisorProf.JinshiZhaoJanuary,2016姑准Ｉ牲若巧本人声明所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除Ｔ文中特别加标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得义津理工大学或其他教宵机构的学位或证书而使用过的材

4、料？。与巧巧Ｘ作的同忠对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表Ｔｊｒｒ谢意。＾学位备丈作老签名；巧讓签李日期；义／年／月＾ｇ学化冷文胶权使用投权书本学位论文作者完全了解义津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权义津理工大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进巧检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保巧、汇编，Ｗ供査阅和惜阅。同窓学校向国家有关部ｎ或机构送交论文的复木和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）＂乂学位冷文作者签名：导币签＜豕Ｖ為參可期＾签李：兴／年７月气ｇ签李哥期；年７月＾哥

5、摘要随着半导体技术的日益革新，存储器领域也飞速发展。现如今闪存的短板日益显露，需要性能更强大的存储器件才能满足社会的需求。因此新型存储器的出现与发展也变得极为重要。应运而生的新型存储器有铁电存储器（FeRAM）、磁存储器（MRAM）、相变存储器（PRAM）、阻变存储器（RRAM）。其中，阻变存储器因具有读写速度快、功耗低、与传统的CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）工艺兼容性好等特点成为人们关注的重点。二元氧化物氧化钽薄膜因具有具有较好的endurance特性成为阻变存储器发展的重点研究对象之一。本论文主要对基于氧化钽薄膜的阻变存储

6、器进行研究和分析，其中通过在器件中插入一层钛薄膜使器件的性能得到提升。我们通过对氧化钽薄膜的氧分压和厚度，钛层插入的位置以及不同测试条件对器件进行优化，得到性能较好的结构：Ta/Ti(1nm)/TaOx/Pt，其中TaOx的氧分压为5%、厚度是10nm。该结构在测试条件为Vset=2v、Vreset=-2v、Icc=5mA时的性能最优，并且相比于不加钛的结构：Ta/TaOx/Pt，在endurance以及uniformity等方面的性能均有较大提高。为了分析钛层的作用又对Ta/TaOx/Pt、Ta/Ti(1nm)/TaOx/Pt、Ta/Ti(2nm)/TaOx/Pt三个样品进行实验

7、分析，发现加钛样品的自限流现象明显且较为稳定，并且随着钛层厚度的增加自限流的电流量降低。证明钛层在Set过程中捕捉氧离子形成氧化钛层并起到串联电阻的作用，在Reset过程中充当氧源，为氧化钽薄膜提供足够的氧离子，完成细丝的断裂。由于钛的夺氧能力比钽强，因此这种功能结构的稳定性好。又对这种储氧层与阻变层的叠加结构建立起相关模型，为后续的氧化钽阻变器件的研究提供理论基础。最后将该模型扩展到氧化钽叠层结构的阻变器件当中，首先对不加钛的叠层结构进行测试，发现样品的性能不佳，为