阻变存储器复合材料界面及电极性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对比研究了Cu（111）/HfO₂（001）,Cu（111）/HfO₂（010）,Cu（111）/HfO₂（100）三种复合材料界面模型的失配率、界面束缚能、电荷密度、电子局域函数以及差分电荷密度. 计算结果表明：Cu（111）/HfO₂（010）失配率最小,界面束缚能最大,界面体系相对最稳定;对比电荷密度及电子局域函数图显示,只有HfO₂（010）方向形成的复合材料体系出现了垂直Cu电极方向完整连通的电子通道,表明电子在此方向上具有局域性、连通性,与阻变存储器（RRAM）器件导通方向一致;差分电荷密度图显示,Cu（111）/HfO₂（010）复合材料体系界面处存在电荷密度分布重叠的现象,界面处有电子的相互转移、成键的存在;进一步计算了Cu（111）/HfO₂（010）体系距离界面不同位置的间隙Cu原子形成能,表明越靠近界面Cu原子越容易进入HfO₂ 体内,在外加电压下易发生电化学反应,从而导致Cu导电细丝的形成与断裂. 研究结果可为RRAM存储器的制备及性能的提高提供理论指导和设计工具. 关键词： 阻变存储器 复合材料 界面 电子通道     

磁性随机存储器的研究进展

通过分析磁性随机存储器(MRAM)的基本原理,及其与现有的静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)和快闪存储器(Flash)的性能比较,探讨了MRAM作为下一代新型存储器的应用前景.     

静态随机访问存储器型现场可编程门阵列辐照效应测试系统研制

 在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。     

一种基于碳纳米管的随机存储器

利用碳纳米管之间范德瓦耳斯力,设计了一种基于碳纳米管的可读写的随机存储器,研究了系统的双稳性,讨论了存储器的优点和可行性,并得出系统具有良好存储效应所应满足的条件 关键词： 碳纳米管 范德瓦耳斯力 动态随机存储器     

阻变式存储器存储机理

阻变式存储器（resistive random access memory, RRAM）是以材料的电阻在外加电场作用下可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的一类前瞻性下一代非挥发存储器.它具有在32nm节点及以下取代现有主流Flash存储器的潜力,成为目前新型存储器的一个重要研究方向.但阻变式存储器的电阴转变机理不明确,制约它的进一步研发与应用.文章对阻变式存储器的体材料中几种基本电荷输运机制进行了归纳,总结了目前对阻变式存储器存储机理的理论模型.     

Ionizing radiation effect on single event upset sensitivity of ferroelectric random access memory

The impact of ionizing radiation effect on single event upset(SEU) sensitivity of ferroelectric random access memory(FRAM) is studied in this work. The test specimens were firstly subjected to ~(60)Co γ-ray and then the SEU evaluation was conducted using ~(209)Bi ions. As a result of TID-induced fatigue-like and imprint-like phenomena of the ferroelectric material, the SEU cross sections of the post-irradiated devices shift substantially. Different trends of SEU cross section with elevated dose were also found, depending on whether the same or complementary test pattern was employed during the TID exposure and the SEU measurement.     

静态随机访问存储器型现场可编程门阵列辐照效应测试系统研制

在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。     

静态随机存储器总剂量辐射损伤的在线与离线测试方法

以静态随机存储器为研究对象,对其在线和离线测试下的总剂量辐射损伤规律进行了研究,探寻了两种测试条件下总剂量损伤的差异并对造成差异的物理机制进行了分析和讨论,研究结果表明:由于静态随机存储器存在多种总剂量失效模式,相对于在线测试只能覆盖存储单元固定错误的一种失效模式,离线测试可覆盖多种功能失效模式;由于信号完整性对测试频率的限制,使得在线测试得到的动态功耗电流值要明显小于离线测试得到的动态功耗电流值;由于"印记效应"的存在,在线测试静态功耗电流小于离线测试中器件存储与辐照相反数据时的静态功耗电流值;在线无法测量的一些电参数,有可能先于在线可测参数而失效,这些研究结果对于静态随机存储器在星用辐射环境下的总剂量辐射损伤规律的研究和实验评估具有重要意义。     

部分耗尽绝缘层附着硅静态随机存储器总剂量辐射损伤效应的研究

通过分析部分耗尽绝缘层附着硅互补金属氧化物半导体静态随机存储器(SRAM)在动态偏置条件下的电学参数和功能参数随累积剂量的变化规律, 研究了绝缘层附着硅(SOI)工艺SRAM器件在⁶⁰Co-γ射线辐照后的总剂量辐射损伤效应及器件敏感参数与功能错误数之间的相关性,为进一步深入研究大规模SOI集成电路的抗总剂量辐射加固及其辐射损伤评估提供了可能的途径和方法.实验结果表明:辐射引起的场氧和埋氧漏电是功耗电流增大的主要原因; 阈值电压漂移造成输出高电平下降、低电平微小上升和峰-峰值大幅降低,以及传输延迟增大; 当总剂量累积到一定程度,逻辑功能因关断功能的失效而出现突变错误; 传输延迟和输出高电平与逻辑功能错误之间存在一定相关性.     

基于Cu/SiO_x/Al结构的阻变存储器多值特性及机理的研究

采用氧化硅材料构建了Cu/SiOx/Al的三明治结构阻变存储器件.用半导体参数分析仪对其阻变特性进行测量,结果表明其具有明显的阻变特性,并且通过调节限制电流,得到了四个稳定的阻态,各相邻阻态的电阻比大于10,并且具有良好的数据保持能力.在不同温度条件下对各个阻态进行电学测试及拟合,明确了不同阻态的电子传输机理不尽相同:阻态1和阻态2为欧姆传导机制,阻态3为P-F(Pool-Frenkel)发射机制,阻态4为肖特基发射机制.根据电子传输机制,建立了铜细丝导电模型并对Cu/SiOx/Al阻变存储器件各个阻态的电致阻变机制进行解释.     

同步动态随机存储器辐射效应测试系统研制

在分析同步动态随机存储器(SDRAM)辐射效应主要失效现象的基础上,研制了具备了读写功能测试、刷新周期测试及功耗电流测试三种功能的SDRAM辐射效应在线测试系统,并开展了SDRAM的总剂量效应实验研究。结果表明,总剂量效应会导致SDRAM器件的数据保持时间不断减小,功耗电流不断增大以及读写功能失效。实验样品MT48LC8M32B2的功能失效主要由外围控制电路造成,而非存储单元翻转。数据保持时间虽然随着辐照剂量的累积不断减小,但不是造成该器件功能失效的直接原因。     

Perpendicular magnetic tunnel junction and its application in magnetic random access memory

Recent progresses in magnetic tunnel junctions with perpendicular magnetic anisotropy(PMA) are reviewed and summarized. At first, the concept and source of perpendicular magnetic anisotropy(PMA) are introduced. Next, a historical overview of PMA materials as magnetic electrodes, such as the RE–TM alloys TbFeCo and GdFeCo, novel tetragonal manganese alloys Mn–Ga, L10-ordered(Co, Fe)/Pt alloy, multilayer film [Co, Fe, CoFe/Pt, Pd, Ni, Au]N, and ultra-thin magnetic metal/oxidized barrier is offered. The other part of the article focuses on the optimization and fabrication of CoFeB/MgO/CoFeB p-MTJs, which is thought to have high potential to meet the main demands for non-volatile magnetic random access memory.     

Si1Sb2Te3 phase change material for chalcogenide random access memory

This paper investigated phase change Si1Sb2Te3 material for application of chalcogenide random access memory. Current-voltage performance was conducted to determine threshold current of phase change from amorphous phase to polycrystalline phase. The film holds a threshold current about 0.155 mA, which is smaller than the value 0.31 mA of Ge2Sb2Te5 film. Amorphous Si1Sb2Te3 changes to face-centred-cubic structure at ~ 180℃ and changes to hexagonal structure at ~ 270℃. Annealing temperature dependent electric resistivity of Si1Sb2Te3 film was studied by four-point probe method. Data retention of the films was characterized as well.     

基于HfO2的阻变存储器中Ag导电细丝方向和浓度的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了基于HfO₂的阻变存储器中Ag 导电细丝浓度以及方向性. 通过计算Ag杂质5种方向模型的分波电荷态密度等势面图、形成能、 迁移势垒和分波电荷态密度最高等势面值, 发现[-111]方向最有利于Ag导电细丝的形成, 这对器件的开启电压、形成电压和开关比有很大影响. 本文基于最佳的[-111]导电细丝方向, 设计了4 种Ag 浓度结构. 计算4种Ag浓度结构的分波电荷态密度等势面图, 得出Ag浓度低于4.00 at.% 时晶胞结构中无导电细丝形成且无阻变现象. 当Ag浓度从4.00 at.%增加到4.95 at.% 时, 晶胞结构中发现有导电细丝形成, 表明Ag浓度高于4.00 at.%时, 晶胞中可以发生阻变现象. 然而, 通过进一步对比计算这两种晶胞结构中Ag的形成能、分波电荷态密度最高等势面值、总态密度与Ag的投影态密度发现, Ag浓度越大, 导电细丝却不稳定, 并且不利于提高阻变存储器的开关比. 本文的研究结果可为改善基于HfO₂的阻变存储器的性能提供一定理论指导.     

Recovery of single event upset in advanced complementary metal-oxide semiconductor static random access memory cells

Using computer-aided design three-dimensional (3D) simulation technology,the recovery mechanism of single event upset and the effects of spacing and hit angle on the recovery are studied.It is found that the multi-node charge collection plays a key role in recovery and shielding the charge sharing by adding guard rings.It cannot exhibit the recovery effect.It is also indicated that the upset linear energy transfer (LET) threshold is kept constant while the recovery LET threshold increases as the spacing increases.Additionally,the effect of incident angle on recovery is analysed and it is shown that a larger angle can bring about a stronger charge sharing effect,thus strengthening the recovery ability.     

纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究

针对65, 90, 250 nm三种不同特征尺寸的静态随机存储器基于国内和国外质子加速器试验平台, 获取了从低能到高能完整的质子单粒子翻转截面曲线. 试验结果表明, 对于纳米器件1 MeV以下低能质子所引起的单粒子翻转截面比高能质子单粒子翻转饱和截面最高可达3个数量级. 采用基于试验数据和器件信息相结合的方法, 构建了较为精确的复合灵敏体积几何结构模型, 在此基础上采用蒙特卡罗方法揭示了低能质子穿过多层金属布线层, 由于能量岐离使展宽能谱处于布拉格峰值的附近, 通过直接电离方式将能量集中沉积在灵敏体积内, 是导致单粒子翻转截面峰值的根本原因. 并针对某一轨道环境预估了低能质子对空间质子单粒子翻转率的贡献.     

累积辐照影响静态随机存储器单粒子翻转敏感性的仿真研究

基于解析分析对比了大尺寸与深亚微米尺度下静态随机存取存储器(static random access memory, SRAM)单元单粒子翻转敏感性的表征值及引入累积辐照后的变化趋势. 同时借助仿真模拟计算了0.18 μm工艺对应的六管SRAM单元在对应不同累积剂量情况下, 离子分别入射不同中心单管时的电学响应变化, 计算结果与解析分析所得推论相一致, 即只有当累积辐照阶段与单粒子作用阶段存储相反数值时, SRAM单元的单粒子翻转敏感性才会增强. 关键词： 累积辐照 单粒子翻转 静态随机存储器 器件仿真     

Synergistic effects of total ionizing dose on single event upset sensitivity in static random access memory under proton irradiation

Nitrogen plasma passivation （NPP） on （111） germanium （Ge） was studied in terms of the interface trap density, roughness, and interfacial layer thickness using plasma-enhanced chemical vapor deposition （PECVD）. The results show that NPP not only reduces the interface states, but also improves the surface roughness of Ge, which is beneficial for suppressing the channel scattering at both low and high field regions of Ge MOSFETs. However, the interracial layer thickness is also increased by the NPP treatment, which will impact the equivalent oxide thickness （EOT） scaling and thus degrade the device performance gain from the improvement of the surface morphology and the interface passivation. To obtain better device performance of Ge MOSFETs, suppressing the interfacial layer regrowth as well as a trade-off with reducing the interface states and roughness should be considered carefully when using the NPP process.     

Recovery of single event upset in advanced complementary metalben oxide semiconductor static random access memory cells

Using computer-aided design three-dimensional (3D) simulation technology, the recovery mechanism of single event upset and the effects of spacing and hit angle on the recovery are studied. It is found that the multi-node charge collection plays a key role in recovery and shielding the charge sharing by adding guard rings. It cannot exhibit the recovery effect. It is also indicated that the upset linear energy transfer (LET) threshold is kept constant while the recovery LET threshold increases as the spacing increases. Additionally, the effect of incident angle on recovery is analysed and it is shown that a larger angle can bring about a stronger charge sharing effect, thus strengthening the recovery ability.     

Ni/HfO_2/Pt阻变单元特性与机理的研究

研究了Ni/HfO2(10 nm)/Pt存储单元的阻变特性和机理.该器件具有forming-free的性质,还表现出与以往HfO2(3 nm)基器件不同的复杂的非极性阻变特性,并且具有较大的存储窗口值(105).存储单元的低阻态阻值不随单元面积改变,符合导电细丝阻变机理的特征.采用X射线光电子能谱仪分析器件处于低阻态时的阻变层HfO2薄膜的化学组分以及元素的化学态,结果表明,Ni/HfO2/Pt阻变存储器件处于低阻态时的导电细丝是由金属Ni导电细丝和氧空位导电细丝共同形成的.