微电子所揭示阻变存储器失效机制

2016-11-30 14:35 来源: 微电子研究所
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  近日,中国科学院微电子研究所刘明课题组在阻变存储器(RRAM)研究方向取得新进展,揭示了阳离子基阻变存储器复位失效现象的微观机制,通过增加离子阻挡层,改善了器件的可靠性,主要研究成果于10月17日发表在《先进材料》(Advanced Materials,DOI: 10.1002/adma.201603293)上,并被选为封面文章。

  移动计算和可穿戴设备能够提供实时的、无缝连接的通信,极大改变了人们同外部世界的交互方式。随着能够提供Gbps数据传输速率的下一代移动互联网的大范围普及,对随身携带移动终端的存储容量、读写速度和功耗都带了巨大的挑战。阻变存储器具有结构简单、高速、低功耗、易于3D集成等优势,是下一代高密度非易失性存储器的有力竞争者之一,受到国内外研究机构和工业界的广泛关注。但阻变存储器在实现大规模应用之前还有一些关键的问题需要克服,特别是器件的失效机制及可靠性改善仍需开展进一步的研究。

  刘明课题组在阳离子基阻变存储器的微观机制、性能调控和集成技术上开展了系统的研究工作。在前期工作的基础上,课题组最近发现在阳离子基阻变存储器中存在置位(SET)和复位(RESET)过程的竞争,造成了该类器件复位操作的失效。通过TEM和EDS的测试分析,发现构成导电细丝的活性金属在电场作用下会扩散进入到Pt电极中,从而在Pt电极中形成额外的活性金属源,造成复位操作的失效。课题组提出了在Pt电极表面增加离子阻挡层来抑制导电细丝过生长进入Pt电极的解决方案,发展了插入单层石墨烯作为离子阻挡层的新结构器件,TEM结果表明石墨烯插层能够有效阻挡导电细丝过生长进入Pt电极层,电学实验结果证明石墨烯插层器件消除了复位操作失效的现象,在改善器件的可靠性的同时仍具有优良的阻变存储性能。

  博士生刘森、副研究员卢年端和博士生赵晓龙为该文章的共同第一作者,研究员刘琦和中科院院士刘明为该文的共同通讯作者。上述工作得到了国家基金委、中科院和科技部相关项目的资助。

微电子所在阻变存储器失效机制研究中获进展