铁电阻变存储器的研究

基本信息
批准号:61601217
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:19.00
负责人:徐泽东
学科分类:
依托单位:南方科技大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:叶茂,黄斯昭,赵丽娜
关键词:
铁电材料阻变存储器二极管特性非易失存储器氧化物异质结
结项摘要

Ferroelectric resistance switching random access memory (FeRRAM) is based on the bipolar switching between high- and low-conductance of a ferroelectric diode on two opposite polarizations to realize logic “0” and “1”. The reading voltage is very low for FeRRAM (Vread<1V), which is associated with a drastic reduction of the static power consumption for reading process. Furthermore, so low reading voltage will not change the polarized state of the memory cells, leading to one that the non-destructive readout of the binary information is possible. Important properties of such memory are the ultrafast operating speed depending on the polarization flipping time. The I–V curve of ferroelectric resistance switching exhibits diode-like conduction to prevent internal parasitic circuit in crossbar arrays of devices, which makes the application of large passive crossbar array architectures feasible. However, Despite the significant advancement so far, practical implementations of large-scale high-performance FeRRAM arrays and architectures still post significant challenges, as a set of performance metrics in terms of the super-high ROFF/RON, how to affect the ferroelectric resistance switching for the ferroelectric domain, the relation of cycling endurance and ferroelectric fatigue need to be obtained in the same device system..In the project, we present a systematic study on the FeRRAM to resolve the above issues. The oxide heterostructures consisting of oxide semiconductor/dielectric and ferroelectric layers as switch cells as switch cells allow the role of each layer and interface on the switching characteristics. The super-high ROFF/RON can be obtained by the accumulation and depletion processes of carriers and the tunneling effect of dielectric layer. And the ferroelectric fatigue and the leakage will be restrained. The stripe domains comprising either 109o or 71o domain boundaries have been fabricated by choosing the growth conditions. In situ observation of the change of domain in switching process is realized by the combining of C-AFM and PFM to obtain how to affect the ferroelectric resistance switching for the ferroelectric domain. The relation of cycling endurance and ferroelectric fatigue will be revealed by designing the ferroelectric films with various ferroelectric fatigues to realize super-high cycling endurance.

铁电阻变存储器是基于不同的极化态下,铁电薄膜的电阻不同来实现0和1的存储。其在读取过程中只需要很小的电压,读取能耗低;而且不会破坏存储单元的极化状态,属于非破坏性读出。铁电翻转速度非常快,所以铁电阻变存储器的读写速率非常快。铁电阻变具有二极管整流性,抑制了Crossbar结构中的内部寄生回路,提高集成密度。但是铁电阻变存储器在实际应用中,有几个关键问题亟待解决,包括铁电阻变的存储窗口较小、微观机制不清楚以及铁电疲劳和阻变可擦写次数的关系。本项目主要解决这三项关键问题。运用氧化物半导体以及介电薄膜和铁电薄膜的异质结作为存储器单元,通过电荷积累和隧道效应来提高存储窗口,改善铁电疲劳和漏电等。制备出周期条状畴结构的铁电薄膜,结合C-AFM和PFM,原位观察阻变过程中畴结构的变化,获得畴翻转对铁电阻变的作用。通过调节铁电疲劳来揭示铁电疲劳和阻变可擦写次数的关系,实现超高可擦写次数的铁电阻变存储器。

项目摘要

铁电阻变存储器是利用铁电薄膜在不同的极化方向下,具有不同的电阻来存储数据。铁电阻变存储器集合了铁电材料的优势,避开了铁电存储器的缺点,具有很大的应用前景。本项目中我们通过PLD沉积技术,制备了高质量的PbZr0.2Ti0.8O3(PZT)铁电外延薄膜,选择不同Sr掺杂浓度的La1-xSrxMnO3体系作为电极。通过铁电极化对电极导电性的调控,随着Sr的掺杂浓度的降低,阻变窗口越来越大,当x=0.15的时候达到了最大值,大约为10E7。通过对比不同电极结构的铁电极化,发现铁电极化没有明显的差异,再结合高低阻态的随着掺杂浓度的变化,巨大ROFF/RON主要源自于铁电极化对电极的调控作用,尤其对于接近于LSMO金属绝缘体转变点附近的成分具有更大的调控作用,从而实现了巨大的存储窗口。另一方面,铁电阻变存储器的参数相比于离子迁移性的阻变存储器具有更好的稳定性,更加有利于其的应用。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

拥堵路网交通流均衡分配模型

拥堵路网交通流均衡分配模型

DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201804030
发表时间:2019
3

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
4

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021
5

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021

徐泽东的其他基金

相似国自然基金

1

阻变存储器中的量子各向异性磁电阻效应研究

批准号:61574169
批准年份:2015
负责人:龙世兵
学科分类:F0408
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
2

用于电阻型存储器的电致阻变材料的制备和存储性能研究

批准号:60801043
批准年份:2008
负责人:罗强
学科分类:F0122
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于多铁/庞磁阻纳米管的阻变存储器研究

批准号:10904117
批准年份:2009
负责人:刘威
学科分类:A2006
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
4

硅基铁电存储器构架中金属间化合物导电阻挡层研究

批准号:50572021
批准年份:2005
负责人:刘保亭
学科分类:E0206
资助金额:26.00
项目类别:面上项目