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随着特性尺寸的不断缩小,Flash不挥发存储技术将面临尺寸极限挑战。基于硫系化合物材料的相变存储器和基于金属氧化的电阻存储器,由于其各自独特的存储特性优点,均被人为是是未来不挥发存储技术的候选者之一。其中,如何实现这两种两端式阻性存储器的高密度应用,一直是业界研究的热点。
针对这种情况,本论文从工艺方案角度提出相变存储单元和电阻存储单元的高密度应用技术,并进行了实验论证。我们从存储单元的存储器和选通管两方面着手研究:在相变存储器方面,不依赖于光刻技术的基于介质击穿形成的3D相变存储器结构为实现相变存储器堆叠制造、并最终高密度应用提供可能,在电阻存储器方面,主要研究CuxO电阻存储器的特性及其机理,并提出相应的与铜互连后端工艺集成的解决方案;同时在选通管方面,主要是提出1TxDxR的复用选通技术,并分别利用相变材料和金属氧化物材料CuxO的p型半导体特性,构造异质结二极管,进一步作为选通管应用于存储单元中。
上面所述的方案技术的最大共同点在于都可以在工艺上实现堆叠制造,从而使阻性存储器的高密度应用上,提供了工艺解决方案。
本文共分5章。第1章为绪论,介绍不挥发存储技术背景及其选题动机。第2章为相变存储器及其电加工技术研究,具体介绍相变存储器机理及其现状、电介质的击穿理,并提出相变存储器的电加工技术方案,进行实验论证。第3章为基于CuxO的电阻存储器及其工艺集成方案,具体介绍了CuxO电阻存储器的制备方法、特性、及其机理模型,提出了在后端的铜互连结构中的集成实现方案。第4章为阻性存储器高密度存储应用的选通技术,提出了1TxDxR方案,并具体介绍了基于相变材料的异质结二极管和基于金属氧化物的异质结二极管的与1TxDxR方案的结合应用。第5章对全文进行总结论述,对阻性存储器的发展作展望。