APP下载

测量I-V特性分析阻变存储器的导电机制

2016-09-08

大学物理实验 2016年4期
关键词:电致三明治存储器

谢 伟

(岭南师范学院,广东 湛江 524048)



测量I-V特性分析阻变存储器的导电机制

谢伟

(岭南师范学院,广东 湛江524048)

介绍了阻变存储器及其I-V特性的测试分析方法。通过测量三明治结构的阻变存储器的I-V特性,采用多种拟合方法,与导电机制原理对比,可以判断器件的导电机制,便于深入分析阻变机理。

电致阻变; I-V特性;导电机制

1 阻变随机存储器简介

近年来,非易失性存储器(NVM:non-volatilememory)由于其高密度、高速度和低功耗的特点,在存储器的发展当中占据着越来越重要的地位。硅基flash存储器作为传统的NVM器件,已被广泛投入到可移动存储器的应用当中。但是,工作寿命、读写速度的不足,写操作中的高电压及尺寸无法继续缩小等瓶颈已经从多方面限制了flash存储器的进一步发展。为了寻找替代flash的存储器,多种新型器件得到了研究人员和产业界的关注[1,2],这其中包括铁电随机存储器(FeRAM)[3-4]、磁性随机存储器(MRAM)[5]、相变随机存储器(PRAM)[6]等。然而,FeRAM及MRAM的器件尺寸较大,并且难以缩小,人们开始将目光转向阻变随机存储器(RRAM:ResistanceRandomAccessMemory)。

RRAM是基于电致阻变现象的一种新型的非挥发性存储器,相比于传统的Flash存储器而言,它具有读写速度快、存储密度高、结构简单及制作方法与传统的CMOS工艺相兼容等优点,并且RRAM器件具有相当可观的微缩化前景。电致阻变是指在外加电场的作用下,器件的电阻会在相差较大的数值间转变,称为高阻态和低阻态,通常这种现象发生在具有金属-绝缘体-金属的三明治结构的器件中[7],图1展示了典型的三明治结构器件。对器件性能及其稳定性的研究,需要测量器件的I-V特性,一般采用脉冲式的I-V测试,即给器件施加一个脉冲电压,脉冲宽度在ns到ms量级不等,在这段时间内采集电路中的电流信号,再施加下一个脉冲电压,继续测量,直至完成器件阻态的转变。脉冲测试示意图如图2所示。

图1 薄膜的电学性能测试示意图

图2 脉冲测试示意图

2 利用I-V特性研究RRAM器件的阻态转变及机理

对于三明治结构的RRAM器件,可用上述方法测得I-V曲线。例如,采用旋涂法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备CaTiO3薄膜,再利用磁控溅射技术在薄膜表面溅射Pt作为上电极,即可测试该器件的I-V特性。在初始化后,可测得I-V曲线如图3所示。

图3 Pt/CaTiO3/Pt器件的I-V特性

图4 (a),(b)Pt/CaTiO3/Pt器件的正向低阻态和,(c)高阻态的导电机制拟合结果

3 结  论

通过测试三明治结构的阻变存储器的I-V特性,可以获得对其导电机制的认识。根据对I-V曲线的多种拟合结果,可以判断导电机制的类型,继而分析阻变存储器的内在机理。

[1]G.I.Meijer.WhoWinstheVolatileMemoryRace[J].MaterialsScience,2008,319:1625-1626.

[2]H.R.Lankhorst,W.S.M.M.Ketelaars,R.A.M.Wolters,Low-costandNanoscaleNon-volatileMemoryConceptforFutureSiliconChips[J].Naturematerials,2005,4:347-352.

[3]G.R.Fox.CurrentandFuctureFerroelectricNonvolatileMemoryTechnology[J].J.Vac.Sci.,2001,19:1967-1971.

[4] 路大勇,丁力,都田冒之.钛酸钡陶瓷片的制备和铁电性质的研究[J].大学物理实验,2005(2):8-15.

[5]S.Tehrani,J.M.Slaughter,M.Deherrera,SuperparamagnetismandtheFutureofMagneticRandomAccessMemory[J].J.Appl.Phys.2003,93:9310-9315.

[6]S.Lai。CurrentStatusofthePhaseChangeMemoryanditsFuture[A].Int.Electron.DevicesMeeting,2003,10.1.1-10.1.4.

[7]R.Waser,R.Dittmann,G.Staikov,K.Szot,Redox-basedResistiveSwitchingMemories-nanoionicMechanisms,prospects,andchallenges[J].Adv.Mater.2009,21,2632-2663.

[8]王永,管伟华,龙世兵,等.阻变式存储器存储机理[J].物理,2008,37:870-874.

Study on the Conduction Mechanism of Resistance RandomAccessMemoryviatheMeasurementofI-VCharacteristic

XIE Wei

(Lingnan Normal University,Guangdong Zhanjiang 524048)

Itintroducestheresistancerandomaccessmemory,andthemeasuringandanalysismethodfortheI-Vcharacteristicsareintroduced.TheI-Vcharacteristicsofthesandwichstructuredevicecanberecorded,andfittedbyseveralmethods.Fittingresultwascomparedwithmanyconductiveprinciples,andthentheconductivemechanismofthedevicecanbedetermined.Themethodishelpfulforthedepthanalysisofthemechanismofresistanceswitching.

resistiveswitching;I-Vcharacteristics;conductivemechanism

2016-03-21

国家星火计划(2015GA780058);广东高校青年人才创新计划(2014KQNCX188);岭南师范学院博士专项(ZL1503)

1007-2934(2016)04-0021-02

O431

ADOI:10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.004.007

猜你喜欢

电致三明治存储器
浅谈电致变色材料的研究进展
电致变色玻璃的节能效果分析
三明治
静态随机存储器在轨自检算法
电致变色玻璃的研究进展
月亮的三明治早餐
纽约市最著名的三明治
电致变色玻璃窗的节能潜力研究分析
任意2~k点存储器结构傅里叶处理器
存储器——安格尔(墨西哥)▲