新型阻變存儲技術

目 錄
《納米科學與技術》叢書序
前言
第1章緒論 1
1. 1非易失性存儲器發(fā)展歷程 1
1.2存儲器發(fā)展趨勢 6
1.2.1分立電荷存儲器 6
1-2.2鐵電存儲器 7
1.2.3磁性存儲器 7
1.2.4相變存儲器 8
1 .2.5 阻變存儲器 9
1 .3阻變存儲器發(fā)展歷程 9
參考文獻 1 1
第2章阻變材料 1 4
2. 1無機阻變材料 1 4
2. 1 . 1 二元氧化物阻變材料 1 4
2. 1 .2復雜氧化物阻變材料 1 9
2. 1 .3固態(tài)電解質材料 22
2.2有機阻變材料 26
2.2. 1小分子功能層材料 27
2.2.2聚合物功能層材料 29
2.2.3施主受主復合型功能層材料 3 1
2.2.4納米顆粒混合體功能層材料 33
2.3 納米阻變材料 37
2. 3. 1 阻變納米線 37
2.3.2 其他納米阻變材料 44
參考文獻 49
第3章阻變存儲器器件結構 6 1
3. 1 兩端 RRAM 61
3.1.1 “三明治”結構 61
3.1.2 crossbar 結構 63
3.1.3 via-hole 結構 66
3.1. 4原子開關結構 68
3.1. 5平面兩端結構 69
3. 1. 6側邊接觸結構 73
3.2 三端 RRAM 74
3.3 四端 RRAM 76
參考文獻 79
第4章電阻轉變機制 82
4.1電化學金屬化機制 83
4.1.1電化學金屬化理論 83
4.1.2導電細絲生長和破滅的動態(tài)過程 84
4.2化學價變化機制 91
4.2.1化學價變化機制引起的界面勢全調制 92
4.2.2化學價變化機制引起的導電細絲生長和破滅 93
4.2.3導電細絲生長和破滅的動態(tài)過程 96
4.3熱化學機制 97
4.3.1熔絲與反熔絲模型 98
4.3.2焦耳熱RESET模型 100
4.3.3焦耳熱引起的閾值轉變現(xiàn)象 101
4.4 靜電/電子機制 102
4.4.1空間電荷限制模型 102
4.4.2 Frenkel-Poole 發(fā)射模型 104
4.4.3 SV 模型 105
參考文獻 108
第5章阻變存儲器物理模型 111
5. 1阻變存儲器阻變模型 111
5. 1. 1模型的發(fā)展狀況與分類 111
5.1.2連續(xù)介質模型 113
5.1.3隨機模型 120
5.2第一性原理計算 127
5.2.1單個氧空位的計算 128
5.2.2氧空位的形成能 129
5 .2.3 摻雜效應 133
5 .2.4 導電細絲的結構預測 13 5
參考文獻 136
第6章電阻轉變統(tǒng)計研究 140
6.1電阻轉變統(tǒng)計的滲流解析模型 140
6.1.1 導電細絲形成和斷裂的本質 141
6.1.2 SET/RESET 轉變的 cell 幾何模型 141
6.1.3 SET/RESET轉變動力學模型 143
6.1.4 SET/RESET電壓和電流統(tǒng)計實驗 145
6. 2轉變速度統(tǒng)計解析模型及轉變速度-干擾困境的快速預測 151
6.2.1 RRAM中的轉變速度-干擾困境問題 151
6.2.2 SET速度的統(tǒng)計與模型 151
6 .2.3恒壓模式預測速度-干擾困境的方法 152
6 .2.4電壓掃描模式快速預測速度-干擾困境的方法 153
6 .2.5電壓掃描模式下的速度-干擾問題設計空間 153
6 .3電阻轉變過程中導電細絲演化的統(tǒng)計分析 154
6 .3.1單極性VCM器件的RESET轉變的類型與細絲演化過程 155
6 .3.2 RESET過程中細絲電導演化的統(tǒng)計分析 15 6
6 .3.3連續(xù)電壓掃描RESET轉變中的電導演化的統(tǒng)計分析 158
6 .3.4 RESET轉變參數(shù)的分布規(guī)律 159
6 .3.5 RESET統(tǒng)計的蒙特卡羅模擬 1 6 3
6 . 4 電阻轉變中的量子化效應 1 6 6
6 .4.1 VCM器件電阻轉變中的量子化效應 1 6 7
6 .4.2 ECM器件電阻轉變中的量子化效應 171
參考文獻 174

第.章阻變存儲器性能改善 179

7. 1材料優(yōu)化 179

7.1.1 電極材料優(yōu)化 179

7.1.2阻變功能層材料優(yōu)化 183

7.2 RRAM器件的結構優(yōu)化 191

7.2.1插層結構 191

7.2.2 增強電極的局部電場 195

7.2.3器件尺寸微縮 197

7.3 RRAM器件操作方法優(yōu)化 198

7.3.1直流電流掃描的優(yōu)化方式 198

7.3.2恒定應力預處理的優(yōu)化方式 201

7.3.3柵端電壓掃描的優(yōu)化方式 203

7.3.4 脈沖測試的優(yōu)化 205
參考文獻 207

第8章阻變存儲器集成 212

8. 1有源陣列結構 212

8.2無源陣列結構 222

8.2.1無源交叉陣列中的串擾現(xiàn)象 222

8.2.2 1D1R 結構 224

8.2.3 1S1R 結構 231

8.2.4 自整流RRAM結構 234

8.3無源交叉陣列的讀寫操作 240

8.3.1 “寫，，操作 240

8.3.2 “讀，，操作 241

8.4三維集成結構 243

8.4.1堆疊交叉陣列結構 244

8.4.2垂直交叉陣列結構 245

參考文獻 248

第9章阻變存儲器的電路應用 252

9. 1緊湊模型 252

9.1.1基于金屬離子遷移動態(tài)機制的緊湊模型 252

9.1.2基于憶阻器理論的緊湊模型 253

9.1.3考慮正態(tài)分布偏差的RRAM緊湊模型 255

9.2 RRAM在FPGA領域中的應用 257

9.2.1 FPGA 技術簡介 257

9.2.2傳統(tǒng)FPGA器件的結構 258

9. 2. 3 基于 RRAM 的 FPGA 技術 260

9. 3 CMOL電路技術 265

9 .3.1 CMOL 電路介紹 265

9 .3.2 CMOL 電路結構 265

9 .3.3 CMOLFPGA 結構 267

9 . 3. 4 CMOL電路的邏輯功能 268

9 . 4憶阻器在神經(jīng)元網(wǎng)絡中的應用 270

9 .4.1憶阻器介紹 270

9 .4.2憶阻器的模型與機理 271

9 .4.3憶阻器在神經(jīng)元網(wǎng)絡中的應用 273

參考文獻 276

索引 280