微电子所在阻变存储器研究中取得新进展

近日，微电子所纳米加工与新器件集成技术研究室（三室）在阻变存储器研究工作中取得进展，并被美国化学协会ACS Nano杂志在线报道。
基于二元氧化物材料的电阻式随机存储器（ReRAM）具有低廉的价格、简单的结构、超高的密度、低功耗、高速和与CMOS工艺兼容的优点，受到广泛的关注，有望成为新一代主流的非挥发性存储器。
在电激励下，二元氧化物中形成破灭局域的导电细丝是引起这类材料发生电阻转变现象的主要物理机制。导电细丝可能由氧化物自身分解出来的氧空位组成，也可能由电极引入的金属离子组成。但是，不管是哪种情况，导电细丝的生长过程都是随机的，不易控制，因此造成ReRAM器件转变参数的离散性较大。国际上大部分的研究小组都把目光集中在通过优化器件的材料体系来改善这类ReRAM器件转变参数的均匀性，主要的方法有：优化ReRAM的功能层材料的晶格结构；采用活性电极(如：Ti、TiN和Al等)代替传统的惰性电极；采用掺杂技术来改善器件的转变特性；在电极与功能层之间增加薄层金属。但是，目前还很少有文献报道通过控制细丝的形成过程来达到改善器件转变特性的方法。
微电子所纳米加工与新器件集成技术研究室刘明研究员领导的存储器研究小组提出了一种通过增强功能层薄膜中的局域电场来控制导电细丝的生长位置和方向的方法。通过控制导电细丝的生长过程，从本质上减小导电细丝生长的随机性，从而减小ReRAM器件转变参数离散性。基于TCAD的模拟结果，该课题组研究人员通过在下电极上生长金属纳米晶的方法来增强功能层薄膜中的局域电场。通过研究Ag/ZrO2/Cu NC/Pt原型器件的电阻转变特性验证了这种方法的有效性；通过TEM的分析手段，直接证明了纳米晶可以控制导电细丝的生长位置和方向；通过TEM的能谱分析验证了导电细丝的微观构成，并建立了纳米晶控制导电细丝生长的微观机制。该研究成果将刊登于ACS Nano杂志2010年的第11期上