一种基于阻变单元特性的阻变存储器修复方案

针对新型阻变存储器(RRAM)工艺良率不高的问题,提出了一种新型的修复解决方案,该方案基于阻变单元的特殊性能,即初始状态为高阻,经过单元初始化操作过程后转变为低阻。利用这样特性的阻变单元作为错误检测位、冗余单元作为修复位,提出了三种不同的组织结构来实现修复操作。三种结构由于主存储器、检验位存储器及冗余存储器的组织方式不同,达到了不同的冗余存储器利用率。最后,通过数学分析可以证明,该方案在利用了较少冗余存储器的条件下,可以将阻变存储器的错误率普遍降低10～30倍,实现了较好的修复效果。     

基于阻变存储器的物理不可克隆函数设计

物理不可克隆函数(PUF)将集成电路制造过程中产生的工艺变化作为一种安全原语,已被广泛应用于硬件安全领域,特别是身份认证和密钥存储。提出了一种基于阻变存储器(RRAM)阵列的PUF优化设计,采用2T2R差分存储结构,并利用阵列中RRAM单元的阻值变化产生PUF的随机性,以实现更高安全级别所需的大量激励-响应对(CRP)。RRAM PUF的存储单元基于28 nm工艺实现,其面积仅为0.125μm²,相比传统PUF存储单元面积开销减小,在入侵和侧信道攻击方面具有更好的鲁棒性。实验数据表明,RRAM PUF唯一性达到了约49.78%,片内汉明距离为0%,一致性良好,具有较好的随机性。     

CuxSiyO阻变存储器单粒子和总剂量辐照效应

对CuxSiyO结构的阻变存储器(RRAM)进行了总剂量(TID)以及单粒子辐照(SEE)实验.总剂量实验中,1T1R样品分别接受总剂量为1,2和3 kGy (SiO2)的60Co γ射线辐射.样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象.单粒子辐照实验中,16 kbit RRAM阵列样品分别接受线性能量转移(LET)值最高达75 MeV的4种离子束的辐射.样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象.除一组无翻转外,存储单元的高阻到低阻的翻转率皆在0.06％左右.实验结果证实了RRAM中已经形成的导电通道不会受辐照影响,因此不存在低阻翻转为高阻的现象.     

Au/STO/Pt三明治结构阻变存储器性质研究

采用脉冲激光沉积法(PLD)在Pt衬底(Pt/TiO2/SiO2/Si)上制备了SrTiO3(STO)薄膜,并对其表面特性,表面组成和结构进行了研究分析。在此基础上制备了具有三明治结构的Au/STO/Pt阻变器件,并测试了其I-V特性。结果显示:空间电荷限制电流(SCLC)机制对SrTiO3薄膜中氧空位的运输起了决定作用;薄膜界面缺陷对载流子的俘获与去俘获导致了SrTiO3薄膜I-V特性的产生。     

三维阻变存储器的研究进展

在我国信息产业高速发展的今天,传统存储器难以满足目前的数据存储需求,亟需发展新一代高性能存储器。阻变存储器(RRAM)因其具有结构简单、功耗低、集成密度高、读/写速度快等优势,被认为是最具发展潜力的新兴存储器之一。综述了三维RRAM的发展现状,分析了现阶段三维RRAM面临的漏电流、热串扰、均一性、可靠性等问题,重点探讨了针对以上问题的解决方案,并对于RRAM未来的应用前景进行了分析和预测,认为其在替代传统存储器、神经网络计算、芯片加密防护等方面有重要的应用前景。     

基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究

随着器件尺寸的缩小,阻变存储器(RRAM)具有取代现有主流Flash存储器成为下一代新型存储器的潜力。但对RRAM器件电阻转变机制的研究在认识上依然存在很大的分歧,直接制约了RRAM的研发与应用。通过介绍阻变存储器的基本工作原理、不同的阻变机制以及基于阻变存储器所表现出的不同I-V特性,研究了器件的阻变特性;详细分析了阻变存储器的五种阻变物理机制,即导电细丝(filament)、空间电荷限制电流效应(SCLC)、缺陷能级的电荷俘获和释放、肖特基发射效应(Schottky emission)以及普尔-法兰克效应(Pool-Frenkel);同时,对RRAM器件的研究发展趋势以及面临的挑战进行了展望。     

铅基卤素钙钛矿阻变式存储器研究进展

随着数字通信在大数据以及物联网等领域的应用,推动了下一代存储设备的发展.阻变式存储器因其功耗低、尺寸可调、操作速度快等优点被认为是最有前景的信息存储器件之一.近年来,兼具成本低、带隙可调、载流子扩散长度长、离子迁移速率快、载流子迁移率高等优点的铅基卤素钙钛矿,在阻变式存储器领域引起了广泛关注.主要对铅基卤素钙钛矿阻变式...     

TiO2含量对PTFE/TiO2微波介质复合材料性能的影响

采用机械搅拌、冷压成型和烧结相结合的方法制备了TiO2填充聚四氟乙烯(PTFE)微波介质复合材料,通过扫描电镜表征了TiO2颗粒存PTFE中的分散情况及复合材料的微观形貌,测定了材料的热膨胀系数、介电性能及吸水率等参数.重点研究了不同含量TiO2对复合材料热、介电性能的影响.结果表明,随着TiO2含量的增加,复合介质板的密度先增大到一个最大值然后减小,吸水率、介电常数和介电损耗随着TiO2含量的增加而增加,热膨胀系数则呈相反趋势.TiO2含量增加约65％时,复合材料的密度达到最大值(2.802 g/cm3),此时介电常数为8.89,介电损耗为0.002 5.     

固态电解液阻变存储器导电细丝生长过程的模拟研究

本文对基于固态电解液的阻变存储器导电细丝的微观生长过程进行了蒙特卡洛模拟研究,模拟过程引入了多种物理和化学机制。模拟计算结果表明导电细丝形貌以及导电细丝不同的生长方向由金属离子在电解质材料中的迁移速率所决定。迁移速率较大的情况下,细丝由阴极向阳极生长;迁移速率较小的情况下细丝生长过程表现为从阳极向阴极生长。根据模拟出来的细丝形貌以及电流电压特性,我们对细丝的生长过程进行了详细讨论,模拟结果能很好地吻合实验结果。     

基于TiO2薄膜电阻式随机存储器电致阻变性质的研究

本论文采用溶胶凝胶法制备了TiO2薄膜,研究Pt/TiO2/Pt器件的电致阻变性质,并结合I-V特性曲线分析器件内部的阻变机制,器件高低阻态的导电机制分别为肖特基发射机制和欧姆导电机制.结果表明,Pt/TiO2/Pt器件在非易失性存储器领域具有潜在的应用.     

磁电阻随机存储器MRAM的原理与应用

MRAM是指以磁电阻性质来存储数据的随机存储器。MRAM是大多数手机、移动设备、膝上机、PC等数字产品的存储器的潜在替代产品。从MRAM芯片技术的特性上来看,可以预计它将能解决包括计算机或手机启动慢、数据丢失、数据装载缓慢、电池寿命短等问题,能明显改变消费者使用电子设备的方式。     

缺陷相互作用对HfO2基阻变存储器件均匀性的影响：第一性原理研究

The physical mechanism of doping effects on switching uniformity and operation voltage in Al-doped HfO₂ resistive random access memory（RRAM） devices is proposed from another perspective:defects interactions, based on first principle calculations.In doped HfO₂,dopant is proved to have a localized effect on the formation of defects and the interactions between them.In addition,both effects cause oxygen vacancies（V_O） to have a tendency to form clusters and these clusters are easy to form around the dopant.It is proved that this process can improve the performance of material through projected density of states（PDOS） analysis.For V_O filament-type RRAM devices, these clusters are concluded to be helpful for the controllability of the switching process in which oxygen vacancy filaments form and break.Therefore,improved uniformity and operation voltage of Al-doped HfjO₂ RRAM devices is achieved.     

Al组分对GaAs/AlxGa1－xAs 量子阱红外探测器峰值响应波长的修饰

为了确定量子阱红外探测器(QWIP)峰值响应波长与 势垒中Al组分的关系,建立微观结构表征与宏观特性的关系, 设计不同组分含量的实验样品,对样品进行相应的测试,分析探讨了Al组分与理论峰值波长 的关系。利用金属有机 物化学气相沉积(MOCVD)生长GaAs/AlxGa1－xAs量子阱材料,分别制备出势垒中Al组分为0.23、0.32的1#、2#样品。用傅里叶光谱仪分别对其进行77K液氮温度下 响应光谱测试及室温光致 荧光(PL)测试。响应光谱结果显示,1#、2#样品峰值响应波长分别为8.36、7.58μm,与由薛定谔 方程计算得到的峰值波长9.672、7.928μm 的误差分别为15.6%、4.6%。利用高分辩透射扫描电镜(HRTEM)对样 品进行分析发现,GaAs与AlGaAs 晶格的不匹配及量子阱材料生长过程精度控制不够是造成1#样品误差较大的主要原因,说明 势垒中Al组分x减小致 使量子阱中的子带间距离逐渐缩小,导致峰值响应波长红移。PL实验结果与理 论计算相符合,说明改变势垒中Al组分x可实现QWIP峰值波长的 微调。     

Al薄膜对(002)ZnO/Al/Si结构基片中ZnO薄膜特性影响的实验研究

采用射频磁控溅射法沉积制备了(002)ZnO/A l/Si复合结构。研究了Al薄膜对(002) ZnO/Al/Si复合结构的声表面波器件(SAWD)基片性能影响以及当ZnO 薄膜厚度一定时的Al膜最佳厚度。采用X射线衍射(XRD)对Al和ZnO薄膜进行了结构表征 ,采用 扫描电镜(SEM)对ZnO薄膜进行表面形貌表征,并从薄膜生长机理角度进行了分析。结果 表明,加Al薄膜有利于ZnO薄膜按(002)择优取向生长,并且ZnO 薄膜的结晶性能提高;与(002)ZnO/Si结构基片相比,当Al薄膜 厚为100nm时,(002)ZnO/Al/Si结构中ZnO薄 膜的机电耦合系数提高 了65%。     

沉积气压对脉冲激光沉积CNx薄膜结构和摩擦学特性的影响

以脉冲激光沉积(PLD)的CNx材料为靶源,以单晶Si片为衬底,在N₂气压为2～11Pa 下PLD制备了CNx薄膜。采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼 (Raman)光谱、扫描 电子显微镜(SEM)和球盘式摩擦磨损试验机分别对薄膜的化学成分、价键状态、表面形貌和 摩擦性能进行了表征。结果表明:低沉积气压导致薄膜N含量的退化及耐磨性能的下降;沉 积气压介于5～8Pa时最利于sp³杂化键的形成,且薄 膜的N含 量缓慢下降,膜中比值x_sp²/x_sp³和ID/IG均减 小,x_sp²C-N/x_sp³C-N增加并趋于恒定,薄膜的耐磨性较好(约2.7～4.3×10 －15 m³·N－1·m－1),但摩擦系数相对较高(约0.24～0.25);过高的气压导致膜层中 N含量的下降和石墨化程度的增加,薄膜摩擦系数较低(约0.19), 但耐磨性呈下降趋势。     

CoFe/Cu/MgAl_2O_4(001)/CoFe磁性隧道结的隧穿磁电阻效应

通过基于密度泛函理论和非平衡态格林函数的第一性原理计算,研究了CoFe/Cu/MgAl2O4(001)/CoFe磁性隧道结(MTJ)的隧穿磁电阻(TMR)效应。结果显示,在一个完整的MgAl2O4(001)晶胞上再添加三层绝缘势垒层不仅会得到更大的隧穿磁电阻,且可以得到一个相对较大的半峰值偏压Vhalf。通过在势垒层和电极之间插入非磁性材料Cu,引起隧穿磁电阻发生反转和振荡现象,分别用左端CoFe-Cu电极的态密度(DOS)和电子的自旋传输对这两种现象进行了讨论。前者主要是由于CoFe-Cu电极的态密度随Cu层的增加发生了变化,后者主要是因为隧穿电子在Cu层中形成量子阱态,发生多重散射引起的。     

阱宽对GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱红外探测器光谱响应的影响

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长 了两种不同结构参数的GaAs/Al0.3Ga0.7As红外量子阱材料, 利用傅里叶光谱仪,分别对阱宽为4.5与5.0nm的样品进行77K液氮 温 度下光谱响应测试及室温光致发光(PL)光谱 测试,样品的峰值响应波长分别为8.39、7.69μm,与根据薛定谔方 程计算得到 的峰值波长8.92、8.05μm的误差分别为6.36%、4.70%。对吸收峰向高能方向发生漂移的现象进行了分析讨论,认为势阱变窄时阱中的 应 力作用较强是导致峰值波长红移的原因,而与GaAs阱中进行适度Si掺杂无关。PL实验结果与 理论计算相符合,表明增加阱宽是量子阱带间跃迁能量升高的原因。据此可实现对量子阱能 级的微调,从而满足对不同波长探测的需要。     

两类阻变机理及性能改善方法的研究

在新型非易失性存储领域,结构简单、高速低耗的阻变存储器具有巨大优势和很强的竞争力.简要介绍了阻变存储器的结构及其两个电阻转变行为.总结了两类阻变机理,探讨了阻变存储器性能优化的方法,以及优化方法在阻变性能与器件的可靠性和稳定性之间如何取得平衡统一的问题,并展望了其前景.     

FinFET/GAAFET纳电子学与人工智能芯片的新进展(续)

集成电路在后摩尔时代的发展呈现出多模式创新的特点.综述了后摩尔时代中两大创新发展热点,即鳍式场效应晶体管/环绕栅场效应晶体管(FinFET/GAAFET)纳电子学和基于深度学习新算法的人工智能(AI)芯片,并介绍了其发展历程和近两年的最新进展.在FinFET/GAAFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基CMOS集成...     

1T1R结构RRAM的故障可测性设计

阻变随机存储器(RRAM)中存在的故障严重影响产品的可靠性和良率.采用精确高效的测试方法能有效缩短工艺优化周期,降低测试成本.基于SMIC 28 nm工艺平台,完成了1T1R结构的1 Mbit RRAM模块的流片.详细分析了测试中的故障响应情况,并定义了一种故障识别表达式.在March算法的基础上,提出针对RRAM故障的有效测试算法,同时设计了可以定位故障的内建自测试(BIST)电路.仿真结果表明,该测试方案具有占用引脚较少、测试周期较短、故障定位准确、故障覆盖率高的优势.