【摘 要】
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随着人工智能和通信以及计算机行业的飞速发展,特别是目前5G技术的快速发展,市场对存储器件的要求越来越高。基于传统浮栅型结构的闪存（Flash）存储器尺寸在达到16nm之后面临严重的性能问题。在众多的非易失性存储器中,阻变存储器以其结构简单,成本低,面积小,操作电压低,速度快,功耗低,耐擦写,集成密度高,多值存储,与CMOS兼容以及三维堆叠海量存储等优势脱颖而出,得到了学术领域和工业领域的高度重视。
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随着人工智能和通信以及计算机行业的飞速发展,特别是目前5G技术的快速发展,市场对存储器件的要求越来越高。基于传统浮栅型结构的闪存（Flash）存储器尺寸在达到16nm之后面临严重的性能问题。在众多的非易失性存储器中,阻变存储器以其结构简单,成本低,面积小,操作电压低,速度快,功耗低,耐擦写,集成密度高,多值存储,与CMOS兼容以及三维堆叠海量存储等优势脱颖而出,得到了学术领域和工业领域的高度重视。在众多的阻变材料中,Al2O3材料获取容易、制备工艺简单、无毒性等。本文针对基于Al2O3薄膜的阻变存储器制备与模型仿真展开研究,主要内容如下:1.通过磁控溅射方法,采用单因素法制备了Al2O3薄膜,对实验中工艺参数靶溅射功率、工作压强以及衬底温度进行优化,通过XRD、SEM和EDS测试结果分析各个因素对薄膜结构和形貌特征的影响,得出在溅射功率200W,工作压强为0.5Pa,衬底温度为室温（30℃）时,制备的Al2O3薄膜均匀致密。2.利用优化的工艺参数,制备Ti/Al2O3/ITO RRAM器件,并对溅射时间不同的器件进行I-V特性分析。Al2O3溅射60min下的器件无法导通,绝缘性强;溅射30min下器件的Forming电压为17.65V,但是没有明显的Set/Reset转换窗口;15min下的器件的Forming电压为3.20V,其I-V曲线表现出双极性行为,其Set电压和Reset电压分别为1.50V和-4.20V。经过分析得到器件的导电机制在低阻态下为欧姆机制,在高阻态下为空间电荷限制电流（SCLC）机制。3.利用COMSOL多物理场仿真软件对Ti/Al2O3/ITO RRAM器件进行了建模仿真,以2-D轴对称结构为几何模型为基础,建立了包含离子迁移模型,电传导模型以及焦耳热模型的RRAM的2-D轴对称电-热耦合模型,实现器件Set/Reset转换过程中导电细丝的导通与断裂,通过求解偏微分方程,得到了氧空位浓度、温度、电势在转换过程中的分布。4.利用模型对不同的电极材料探究其对氧空位浓度和温度分布的影响,顶电极热导率的增大,器件导电细丝的断裂位置向介质层中间移动;顶电极的热导率越大,其断裂位置的温度也就越低,并且两极板的热导率差值越大,两极板的温度差也越大。
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