- 學位論文
鈀電極及內插鎳層的電阻式記憶體之雙極轉換特性研究
Bipolar Switching properties in Resistive Random Access Memory Devices with Pd electrode and Ni inserted layer
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摘要
快閃記憶體﹙FLASH﹚是利用浮動閘(Floating gate)來儲存載子單元，然而其中的穿隧氧化層(Tunneling oxide)卻會影響FLASH的特性，如當FLASH微縮時，可能導致穿遂氧化層太薄而產生漏電，使記憶體記憶能力變差，且讀取方式為破壞性讀取，傷害元件結構，其他如耐久力和操作速度慢都是FLASH的缺點。 電阻式記憶體(RRAM)製成簡單，且擁有高速率、低耗能、結構簡單、高操作週期、並且擁有非破壞讀取及非揮發性等多項優勢，所以除了在記憶體特性上的突破與改進，在生產成本上亦有相當大的優勢，因此受到學術界及業界等眾多矚目，是目前唯一有機會與具備低成本競爭力的 NAND 型快閃記憶體對抗的記憶體。但因為電阻式記憶體的電阻轉換機制不明，且隨機形成的電流導通路徑將使得元件的電性的均勻度情形下降，而大部分的研究都是使用惰性金屬當元件某一邊的電極，但惰性金屬難以蝕刻限制了電極的位置以及電極材料的選擇，為此設計了以下實驗去改善。 本論文分為三部分去探討由二氧化鉿﹙HfO2﹚為介電層所組成的電阻式記憶體在雙極電阻轉換上的現象。 如同前面所述的問題，第一部分以濺鍍方式鍍製和CMOS製程相容的不同金屬下電極，以HfOX當作介電層材料，TiN當上電極形成電容結構的電阻式記憶體，討論哪個金屬材料適合製作電阻式記憶體，最後發現以Pd為下電極材料所製備出來的元件可以進行穩定的雙極性電阻轉換﹙Bipolar switching﹚，並且達到低操作電壓和230次電阻轉換周期的高低阻抗阻值比可以到達2個Order以上。 第二部分是以第一部分作為基礎，由於一般相信電阻轉換現象和介電層材料有極大關係故在第一部分嘗試了許多金屬當下電極，由結果可知以Pd作為下電極材料的元件展現出良好的電阻轉換特性，但是觀察元件特性可以發現元件的DC Endurance並不夠好，因而在此藉由改變不同金屬退火溫度調整元件的介電層內缺陷和離子分布，使元件的漏電流現象改變使得DC Endurance狀況改善，經由實驗可以看出元件的漏電流情形因為金屬退火改變使得元件的DC Endurance增加但是造成元件的高低阻抗阻值比變小。 第三部分則是建立在前兩部分基礎上，藉由插入不同金屬改變介電層的結構來達到提升元件特性的目的，最後實驗發現插入Ni在Pd/HfOX/TiN元件件電層內內將會提升元件的高低阻抗阻值比，但是Ni將會改變元件的活性使得元件的DC Endurance大幅下降，故藉著第二部分實驗的經驗在把元件進行金屬退火使元件達到最大限度的優化，可以再次驗證經由金屬退火後能使元件的DC Endurance提升但相對的元件的高低阻抗阻值比將會下降。
參考文獻
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