1、信息材料基礎(chǔ)信息存放材料廖宇龍.09磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第1頁(yè)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第2頁(yè)主要內(nèi)容：一、磁性存放材料二、光信息存放材料三、半導(dǎo)體存放技術(shù)四、MRAM存放材料及技術(shù)五、RRAM存放材料及技術(shù)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第3頁(yè)一、磁性存放材料在信息時(shí)代，大容量存放技術(shù)在信息處理、傳遞和探測(cè)保留中占據(jù)著相當(dāng)主要地位。經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)發(fā)展，磁性存放取得了巨大進(jìn)步，當(dāng)前磁統(tǒng)計(jì)密度已進(jìn)入每平方英寸超出100G位數(shù)量級(jí)。為了提升磁統(tǒng)計(jì)密度，主要路徑是增大介質(zhì)Hc/Br并降低介質(zhì)厚度。但統(tǒng)計(jì)后輸出信號(hào)正比于Br，所以提升介質(zhì)矯頑力是關(guān)鍵。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第4頁(yè)磁統(tǒng)計(jì)材料先后經(jīng)歷了氧化物磁粉（-Fe2O3）、金屬

2、合金磁粉（FeCoNi等合金磁粉）和金屬薄膜三個(gè)階段。矯頑力和剩磁都得到了很大提升。金屬薄膜是高統(tǒng)計(jì)密度理想介質(zhì)。薄膜介質(zhì)是連續(xù)性介質(zhì)高矯頑力高飽和磁化強(qiáng)度磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第5頁(yè)垂直磁統(tǒng)計(jì)磁化方向和統(tǒng)計(jì)介質(zhì)平面相垂直統(tǒng)計(jì)方式。它可徹底消除縱向磁統(tǒng)計(jì)方式隨統(tǒng)計(jì)單元縮小所產(chǎn)生退磁場(chǎng)增大效應(yīng)，因而更有利于統(tǒng)計(jì)密度提升。同時(shí)對(duì)薄膜厚度和矯頑力要求可更寬松。但其對(duì)信號(hào)讀出效率較差，要求磁頭必須距統(tǒng)計(jì)介質(zhì)面很近。縱向磁化統(tǒng)計(jì)磁化方向與統(tǒng)計(jì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向平行統(tǒng)計(jì)方式。如硬盤(pán)、軟盤(pán)、磁帶等。提升其存放密度方式主要是提升矯頑力和采取薄存放膜層。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第6頁(yè)高密度磁性存放磁頭材料磁統(tǒng)計(jì)兩種統(tǒng)計(jì)剩磁狀態(tài)

3、（Mr）是由正、負(fù)脈沖電流經(jīng)過(guò)磁頭反向磁化介質(zhì)來(lái)完成。在讀出統(tǒng)計(jì)信號(hào)時(shí)，磁頭是磁統(tǒng)計(jì)一個(gè)磁能量轉(zhuǎn)換器，即磁統(tǒng)計(jì)是經(jīng)過(guò)磁頭來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)和磁信號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換。所以磁頭同磁統(tǒng)計(jì)介質(zhì)一樣是磁統(tǒng)計(jì)中關(guān)鍵元件。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第7頁(yè)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第8頁(yè)磁頭在磁統(tǒng)計(jì)過(guò)程中經(jīng)歷了幾個(gè)階段：體形磁頭薄膜磁頭磁阻磁頭巨磁阻磁頭磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第9頁(yè)磁阻、巨磁阻效應(yīng)1971年有些人提出利用鐵磁多晶體各向異性磁電阻效應(yīng)制作磁統(tǒng)計(jì)信號(hào)讀出磁頭。1985年IBM企業(yè)實(shí)現(xiàn)了這一構(gòu)想。今后，磁統(tǒng)計(jì)密度有了很大提升。磁阻磁頭主要采取Ni（Co，F(xiàn)e）系列鐵磁合金材料，其主要特點(diǎn)當(dāng)電流與磁場(chǎng)平行和垂直時(shí)其電阻率有較顯著改

4、變。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第10頁(yè)上世紀(jì)80年代末法國(guó)巴黎大學(xué)Fert教講課題組提出和發(fā)覺(jué)巨磁阻（GMR）效應(yīng)可使NiFe系列磁阻效應(yīng)高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，引發(fā)極大轟動(dòng)，也為磁頭技術(shù)帶來(lái)了突飛猛進(jìn)發(fā)展。該項(xiàng)結(jié)果也取得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。GMR效應(yīng)主要基于電子自旋特征產(chǎn)生。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第11頁(yè)MpM電子兩大量子特征電荷自旋NP+-ENP+-磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第12頁(yè)巨磁電阻電阻網(wǎng)絡(luò)模型(Mott二流體模型)兩磁性層平行 兩磁性層反平行 磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第13頁(yè)1986發(fā)覺(jué)AF耦合GMR1988發(fā)覺(jué)GMR1991創(chuàng)造自旋閥1994,GMR統(tǒng)計(jì)磁頭,100Gb/in2統(tǒng)計(jì)磁頭1993第一個(gè)GMR MRA

5、M，1Gb MRAM自旋閥經(jīng)典結(jié)構(gòu)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第14頁(yè)二、光信息存放材料與磁存放技術(shù)相比，光盤(pán)存放有以下優(yōu)勢(shì)：非接觸式讀/寫(xiě)，光頭與光盤(pán)間有12mm距離，所以光盤(pán)能夠自由更換； 信息載噪比高，而且經(jīng)屢次讀寫(xiě)不降低； 信息位價(jià)格低； 抗磁干擾。缺點(diǎn)： 光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器較貴，數(shù)據(jù)傳輸率較低，存放密度較低。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第15頁(yè) 在未來(lái)內(nèi)，磁存放和光盤(pán)存放仍為高密度信息外存放主要伎倆。今后高性能硬盤(pán)主要為計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)在線存放，以計(jì)算機(jī)專業(yè)用為主。高性能光盤(pán)為脫機(jī)可卸式海量存放和信息分配存放，以消費(fèi)用為主。 提升存放密度和數(shù)據(jù)傳輸率一直是光盤(pán)存放技術(shù)主要發(fā)展目標(biāo)。同時(shí)，多功效（可擦重寫(xiě)）也是光盤(pán)存放

6、技術(shù)發(fā)展方向，也由此才能與日益發(fā)展磁盤(pán)存放技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第16頁(yè)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第17頁(yè)光盤(pán)工作性能擴(kuò)展取決于存放介質(zhì)進(jìn)展。CD-ROM光盤(pán)信息數(shù)據(jù):預(yù)刻于光盤(pán)母盤(pán)上（形成凹坑） 然后制成金屬壓膜 再把凹坑復(fù)制于聚碳酸酯光盤(pán)基片上 靠凹坑與周圍介質(zhì)反射率不一樣讀出信號(hào)。因?yàn)槠鋬r(jià)格廉價(jià)，制作方便，已大量使用。光盤(pán)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)尺寸決定于聚焦光束衍射極限。縮短統(tǒng)計(jì)激光波長(zhǎng)是縮小統(tǒng)計(jì)點(diǎn)間距，提升存放密度關(guān)鍵。PS: 采取GaN半導(dǎo)體激光器（統(tǒng)計(jì)波長(zhǎng)0.400.45m），可將光盤(pán)存放容量提升到10GB以上，稱為超高密度光盤(pán)存放技術(shù)。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第18頁(yè)可擦重寫(xiě)光盤(pán)存放技術(shù)可擦重寫(xiě)光盤(pán)存放

7、介質(zhì)能夠在激光輻射下起可逆物理或化學(xué)改變。當(dāng)前發(fā)展主要有兩類: 即磁光型和相變型。前者靠光熱效應(yīng)使統(tǒng)計(jì)下來(lái)磁疇方向發(fā)生可逆改變，不一樣方向磁疇使探測(cè)光偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（即克爾角）作讀出信號(hào)；后者靠光熱效應(yīng)在晶態(tài)與非晶態(tài)之間產(chǎn)生可逆相變，因晶態(tài)與非晶態(tài)反射率不一樣而作為探測(cè)信號(hào)。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第19頁(yè)磁光材料含有顯著磁光效應(yīng)磁性材料稱為磁光材料。主要為石榴石型鐵氧體薄膜。磁光效應(yīng)偏振光被磁性介質(zhì)反射或透射后，其偏振狀態(tài)發(fā)生改變，偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。由反射引發(fā)偏振面旋轉(zhuǎn)稱為克爾效應(yīng)；由透射引發(fā)偏振面旋轉(zhuǎn)稱為法拉第效應(yīng)。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第20頁(yè)磁光存放寫(xiě)入方式利用熱磁效應(yīng)改變微小區(qū)域磁化矢量取向

8、。當(dāng)經(jīng)光學(xué)物鏡聚焦激光束瞬時(shí)作用于該薄膜一點(diǎn)時(shí)，此點(diǎn)溫度急劇上升，超出薄膜居里溫度后，自發(fā)磁化強(qiáng)度消失。激光終止后溫度下降，低于居里溫度后，磁矩逐步長(zhǎng)大，磁化方向?qū)⒑褪┘油饧悠脠?chǎng)方向一致。因?yàn)樵撈脠?chǎng)低于薄膜矯頑力，所以偏場(chǎng)不會(huì)改變其它統(tǒng)計(jì)位磁化矢量方向。磁光存放即有光存放大容量及可自由插換特點(diǎn)，又有磁存放可擦寫(xiě)和存取速度快優(yōu)點(diǎn)。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第21頁(yè)它們?nèi)埸c(diǎn)較低并能快速實(shí)現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)可逆轉(zhuǎn)變。兩種狀態(tài)對(duì)光有不一樣發(fā)射率和透射率。但這種光存放介質(zhì)屢次讀寫(xiě)后信噪比會(huì)下降。相變型光存放介質(zhì)Te（碲）半導(dǎo)體合金非Te基半導(dǎo)體合金磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第22頁(yè)三、半導(dǎo)體存放技術(shù)當(dāng)前半導(dǎo)體存放器市場(chǎng)

9、，以揮發(fā)性動(dòng)態(tài)隨機(jī)存放器（DRAM)和靜態(tài)隨機(jī)存放器 (SRAM)及非揮發(fā)性“閃存”存放器Flash為代表。其中Flash含有非易失性、高速、高集成度和電可擦除等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前NAND型Flash已發(fā)展到32 nm/64 Gbit量產(chǎn)水水平。Flash存放器己發(fā)展成為當(dāng)前工藝線寬最小、單片集成密度最高、應(yīng)用最廣泛集成電路產(chǎn)品。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第23頁(yè)Flash存放器經(jīng)過(guò)對(duì)器件柵極、源極、漏極和襯底加適當(dāng)電壓激勵(lì)，使得器件溝道中電子被電場(chǎng)拉到浮柵(floating gate)中電子將造成器件閥值電壓狀態(tài)用來(lái)存放數(shù)據(jù)“0”和 數(shù)據(jù)“1”。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第24頁(yè)傳統(tǒng)Flash存放器隧穿氧化層厚度減

10、薄不能與技術(shù)代發(fā)展保持同時(shí)，同時(shí)單元尺寸縮小還會(huì)帶來(lái)工藝漲落和隨機(jī)漲落增加等難題傳統(tǒng)Flash存放器將面臨著許多缺點(diǎn)和難題寫(xiě)入電壓較高、讀寫(xiě)速度較慢(s量級(jí))和功耗較大，因而需要特殊電壓提升結(jié)構(gòu)從而加大了電路設(shè)計(jì)難度。技術(shù)界普遍預(yù)測(cè)，NOR（高速）型Flash將止步于45 nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，而NAND（大容量）型Flash也將在32 nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)處到達(dá)極限尺寸。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第25頁(yè)鐵電存放器(FRAM: Ferroelectric Random Access Memory)磁隨機(jī)存放器(MRAM: Magnetoresistive Random Access Memory)相變存放器(PCM

11、: Phase Change Memory) 阻變存放器(RRAM: Resistive Random Access Memory) 磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第26頁(yè) FRAM存放原理是利用鐵電晶體材料(如PZT, SBT, BLT等)自發(fā)極化和在外界電場(chǎng)作用下改變極化方向特征來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存放。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第27頁(yè) MRAM主要是利用磁致電阻效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高低兩種電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)換而到達(dá)二值存放目標(biāo)。MRAM數(shù)據(jù)是以磁性狀態(tài)(而不是電荷)存放，而且讀取數(shù)據(jù)是利用測(cè)量電阻來(lái)感知，不會(huì)干擾磁性狀態(tài)，所以與現(xiàn)有Flash, SRAM, DRAM相比，MRAM含有存取速度快、存取次數(shù)多、功耗低以及非揮發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)，

12、含有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。不過(guò)，MRAM磁性材料薄膜制備工藝比較復(fù)雜，在大面積制備過(guò)程中薄膜厚度輕易出現(xiàn)波動(dòng)，從而影響器件均勻性和可靠性，與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容性還需要深入優(yōu)化。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第28頁(yè) PRAM全稱為“Phase Random Access Memory，通常也被稱為PCM, PCRAM或OUM(Ovonics Unified memory)等。它主要是利用硫化物(Chalcogenide)和硫化合金等材料相變特征來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存。PRAM器件含有非常簡(jiǎn)單金屬一絕緣體一金屬(M-I-M)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)在電極兩端施加不一樣高度和寬度電脈沖就能夠使得相變薄膜材料在晶相和非晶相之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使得相

13、變薄膜材料電阻阻值在高、低阻態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第29頁(yè) PRAM含有高速、高密度、較高存放窗口和多值存放潛力等優(yōu)點(diǎn)，但PRAM存在一個(gè)致命缺點(diǎn)，擦除(RESET)過(guò)程需要較大電流(100A)，大電流需要大尺寸晶體管驅(qū)動(dòng)，造成存放密度降低，同時(shí)增加了芯片功耗，這己成為妨礙其商用化最關(guān)鍵問(wèn)題。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第30頁(yè) RRAM全稱為“Resistive Random Access Memory，它主要是利用一些薄膜材料在電激勵(lì)作用下會(huì)出現(xiàn)不一樣電阻狀態(tài)(高、低阻態(tài))轉(zhuǎn)變現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存放，這和PRAM有相同地方。RRAM基本結(jié)構(gòu)為金屬一絕緣體一金屬(M-I-M)

14、或金屬一絕緣體二分之一導(dǎo)體(M-I-S)結(jié)構(gòu)，其中上面金屬薄膜作為上電極，中間絕緣層作為阻變功效層，下面金屬或?qū)щ姲雽?dǎo)體襯底用作下電極。含有阻變現(xiàn)象材料非常豐富，尤其是一些與CMOS工藝兼容二元氧化物也被報(bào)道含有很好阻變存放特征，使得RRAM存放技術(shù)受到廣大半導(dǎo)體企業(yè)青睞。 磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第31頁(yè)與其它新型非揮發(fā)存放器相比，RRAM含有簡(jiǎn)單器件結(jié)構(gòu)、優(yōu)異可縮小性、較快操作速度和相對(duì)較小功耗，所以成為下一代非揮發(fā)存放器有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第32頁(yè) MRAM不但含有SRAM存取速度快、工作電壓低，DRAM重復(fù)擦寫(xiě)次數(shù)多優(yōu)點(diǎn)，而且具備FLASH非易失性，而且因?yàn)槠淇闺姶鸥蓴_、抗輻射

15、、大容量存放等優(yōu)勢(shì)，在計(jì)算領(lǐng)域和軍事信息領(lǐng)域含有重大應(yīng)用價(jià)值。四、MRAM材料及技術(shù)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第33頁(yè)當(dāng)前DRAM、SRAM和Flash都是基于半導(dǎo)體技術(shù)開(kāi)發(fā)。靜態(tài)隨機(jī)存放器（SRAM）利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作存放元件，所以速度快，但相對(duì)于DRAM集成度低。DRAM相對(duì)于SRAM來(lái)說(shuō)集成度高，但因?yàn)橛秒娙葑鞔娣旁烹姇r(shí)間長(zhǎng)，限制了DRAM速度。Flash控制原理是電壓控制柵晶體管電壓高低值（高低電位），柵晶體管結(jié)電容可長(zhǎng)時(shí)間保留電壓值， 因而能斷電后保留數(shù)據(jù)。但其單元工作電壓較大，存放密度提升不易。且寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)。 磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第34頁(yè)即使大多數(shù)教授相信，即使工藝節(jié)點(diǎn)縮小到20nm

16、，硅技術(shù)仍將保持其領(lǐng)先地位，不過(guò)在20nm以下，將出現(xiàn)大量由基礎(chǔ)以及特殊應(yīng)用引發(fā)障礙，從而阻撓工藝節(jié)點(diǎn)深入縮小。 伴隨大家對(duì)“很快未來(lái)，DRAM和閃存器件在體積上將不會(huì)有所改變”疑慮不停增加，人們開(kāi)始關(guān)注下一代(或稱通用存放)技術(shù) 。毫無(wú)疑問(wèn)，下一代存放器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)一定會(huì)十分激烈，而當(dāng)前也極難判定哪種技術(shù)將在潛能巨大通用存放器業(yè)務(wù)中勝出。 磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第35頁(yè)基于巨磁電阻效應(yīng) （Giant Magnetoresistive，GMR）一個(gè)新型存放器磁性隨機(jī)存放器(Magnetic Random Access Memory，MRAM) 受到各國(guó)研究者廣泛關(guān)注，成為當(dāng)前存放器研究領(lǐng)域熱點(diǎn)。 快速

17、存取非易失性抗輻射抗干擾低功耗使用壽命長(zhǎng)、成本低磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第36頁(yè)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第37頁(yè)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第38頁(yè)當(dāng)前MRAM讀寫(xiě)機(jī)制主要有兩種：1T1MTJ（one Transistor one MTJ)架構(gòu)，即一個(gè)記憶單元連接一個(gè)MOS管；XPC (Cross-point cell)構(gòu)架； MRAM關(guān)鍵技術(shù)其一是取得高磁阻改變比值磁性多層膜結(jié)構(gòu)；其二是盡可能降低存放位元尺寸；其三是讀寫(xiě)構(gòu)架和方法合理實(shí)施。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第39頁(yè)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且存放單元小型化受MOS管限制，存放密度提升有限。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第40頁(yè)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第41頁(yè)XPC結(jié)構(gòu)存放單元結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更有利

18、于存放密度提升。但XPC結(jié)構(gòu)中位線和字線都直接與MTJ連接。所以在寫(xiě)入時(shí)電流會(huì)經(jīng)由MTJ流失，造成電流會(huì)伴隨位線或字線路徑增加而降低，甚至小到無(wú)法完成MTJ寫(xiě)入動(dòng)作。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第42頁(yè)五、RRAM材料及技術(shù)憶阻器技術(shù)研究實(shí)際上已經(jīng)有數(shù)十年歷史。1971年，加州大學(xué)伯克利分校Leon Chua教授預(yù)測(cè)，在電容、電阻和電感之外，還存在第四種基本元件：記憶電阻（Memristor）。這種電阻能夠經(jīng)過(guò)施加不一樣方向、大小電壓，改變其阻值。，惠普終于經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了憶阻器存在，并在年于“Nature”雜志發(fā)表論文得到世界認(rèn)可。在證實(shí)憶阻器存在后，惠普還在不停推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，包含20實(shí)現(xiàn)憶阻器電路

19、堆疊，2010上六個(gè)月又證實(shí)憶阻器可實(shí)現(xiàn)邏輯電路，即能夠在存放芯片中直接實(shí)施運(yùn)算功效。 磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第43頁(yè)因?yàn)镽RAM屬于非易失性存放設(shè)備，其最直接應(yīng)用就是替換閃存，擔(dān)當(dāng)計(jì)算機(jī)以及各種消費(fèi)電子設(shè)備中長(zhǎng)久存放任務(wù)。甚至還可能成為通用性存放介質(zhì)，取代DRAM甚至硬盤(pán)位置。 磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第44頁(yè)磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第45頁(yè) 有機(jī)材料：一些有機(jī)分子薄膜被發(fā)覺(jué)具電阻轉(zhuǎn)變特征。經(jīng)過(guò)在有機(jī)薄膜或聚合物中加入金屬性納米材料(如Al, Au等納米晶)方法，還能夠提升有機(jī)薄膜阻變器件存放特征。因?yàn)橛袡C(jī)材料組成器件存在熱穩(wěn)定性差、重復(fù)轉(zhuǎn)變次數(shù)低和有機(jī)材料與CMOS工藝難以兼容等缺點(diǎn)，所以極難應(yīng)用于主流非

20、揮發(fā)性存放領(lǐng)域。考慮到有機(jī)材料含有優(yōu)點(diǎn):如柔性、制備簡(jiǎn)單、低成本和大面積制造等，有機(jī)材料組成RRAM器件可能會(huì)在柔性電子領(lǐng)域、低成本一次寫(xiě)入可讀出存放領(lǐng)域上取得成功。RRAM材料體系：磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第46頁(yè) 多元金屬氧化物： 當(dāng)前被報(bào)道含有電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)多元金屬氧化物主要有PrxCa1-xMnO3, LaxCa1-xMnO3等四元金屬氧化物等SrTiO3, SrZrO3等三元金屬氧化物。夏普企業(yè)在購(gòu)置休斯頓大學(xué)專利后，在IEDM會(huì)議上報(bào)道了基于PCMO薄膜64 bitRRAM測(cè)試芯片，并將器件高、低阻態(tài)比值提升到了104倍。國(guó)內(nèi)科研院所，如中國(guó)科學(xué)院上海硅酸巖研究所，中科院物理研究所和南京大

21、學(xué)等單位在四元金屬氧化物RRAM上也開(kāi)展了大量工作。 PS：盡管多元金屬氧化物材料組成RRAM器件也表現(xiàn)出了很好存放特征，不過(guò)考慮到多元金屬氧化物材料制備工藝比較復(fù)雜、成份百分比難以控制并與當(dāng)前CMOS工藝不兼容，所以這類材料在RRAM存放領(lǐng)域應(yīng)用前景并不明朗。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第47頁(yè) 二元金屬氧化物： 除了以上這些二元金屬氧化物材料以外，還有許多二元金屬氧化物材料如:TiOx, MnO, CrO3, A1203和CoO等也被發(fā)覺(jué)含有電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)。影響二元氧化物阻變特征除了與材料本身相關(guān)以外，還和所使用電極材料，材料制備工藝和材料摻雜元素等原因有很大關(guān)系。盡管各企業(yè)都有自己關(guān)注二元金屬氧化物，不過(guò)詳細(xì)哪種二元金屬氧化物更含有優(yōu)勢(shì)到當(dāng)前都還沒(méi)有統(tǒng)一定論，這也給中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)和科研單位提供了取得含有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)RRAM器件機(jī)遇。磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)第48頁(yè)RRAM阻變機(jī)制：從材料中發(fā)生阻變現(xiàn)象區(qū)域進(jìn)行劃分，能夠?qū)?dāng)前所提出阻變機(jī)制分為整體效應(yīng)和局域效應(yīng)兩大類。整體效應(yīng)：是指發(fā)生阻變區(qū)域在材料體內(nèi)是均勻，產(chǎn)生原因可能是電極與阻變材料界面勢(shì)壘改變或者是材料體內(nèi)缺點(diǎn)對(duì)電荷捕捉和釋放過(guò)程引發(fā)，這類RRAM器件高、低阻態(tài)電阻都與器件面積有著緊密關(guān)系。局域效應(yīng)：是指材料體內(nèi)部分區(qū)域發(fā)生阻變現(xiàn)象，產(chǎn)