新型阻变存储技术(刘明等)思维导图

阻变存储器概述阻变存储器（Resistive Random Access Memory, RRAM）是一种基于非电荷存储机制的新型存储技术。

RRAM的上下电极之间是能够发生电阻转变的阻变层材料。

在外加偏压的作用下，器件的电阻会在高低阻态之间发生转换从而实现“0”和“1”的存储。

在二进制存储中，一般将低阻态代表“1”，高阻态代表“0”。

器件从高阻变化为低阻的过程称为Set，从低阻变为高阻的过程称为Reset。

Set过程中，一般需要限制通过器件的最大电流，以避免器件完全损坏。

虽然阻变存储器的研究自2000年后才兴起，但薄膜的阻变现象早在1967年就由英国Standard Telecommunication Laboratories的J. G. Simmons等人发现[1]。

1971年，美国加州大学伯克利分校的华裔教授Leon Chua就在理论上预言了除了电阻、电容、电感之外的第四种基本器件——忆阻器（Memristor）的存在[2]。

在2008年的Nature杂志上，惠普公司报道已成功制备出忆阻器原型器件并提出了相应的物理模型。

他们模拟了(a)有动态负微分现象的电阻器件、(b)无动态负微分现象的电阻器件、(c)存在非线性离子运动的电阻器件三种不同器件的工作机制：(a)中当所加正电压到达最大值时，器件还未完全发生电阻转变，在正电压逐渐减小的过程中器件继续发生电阻转变（电阻减小），因此观察到了明显的负微分电阻现象；在(b)中所加正向电压到达最大值之前，器件已经完全发生电阻转变，之后在未加负偏压之前器件电阻一直保持不变，因此没有负微分电阻现象；在(c)器件中，离子运动是非线性的，其到达上下电极两种边界条件是突变的，因此其一般只有两种状态（OFF和ON态）。

阻变存储器RRAM可以归为忆阻器(c)类器件中的一员。

2.1 阻变存储器的材料体系2.1.1 固态电解质材料固态电解质体系中包含两个要素：一是固态电解质层，二是可在固态电解质层中发生氧化还原反应的金属。

新型高密度1S1R结构阻变存储器件概述随着现代半导体工艺的技术进步， Flash 存储器开始遇到技术瓶颈，新型存储器应运而生。

与其他几种新型的非易失性存储器相比，阻变存储器（ RRAM 或 ReRAM）因其具有结构简单、访问速度快等优势，成为下一代非易失性存储器的有力竞争者之一。

基于阻变存储器的交叉阵列是阻变存储器实现高密度存储最简单、最有效的方法。

而仅由阻变存储单元构成的交叉阵列由于漏电通道而存在误读现象。

为了解决误读现象，通常需要在每个存储单元上串联一个选择器构成1S1R结构。

对由阻变存储单元和选择器构成的1S1R结构的研究进展进行综述分析是一项有意义的工作，因此本论文主要对1S1R结构的阻变存储器件的研究进展进行概述。

关键词：阻变存储器，交叉阵列，选择器，1S1R目录中文摘要.......................................... 错误!未定义书签。

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第一章绪论 (1)1.1 阻变存储器 (1)1.1.1 RRAM基本结构 (1)1.1.2 RRAM技术回顾 (1)1.2 交叉阵列汇中的串扰问题 (3)1.3 本论文的研究意义及内容 (3)1.3.1 研究意义 (3)1.3.2 研究内容 (3)第二章 RRAM的集成选择器的集成方式 (5)2.1 有源阵列 (5)2.2 无源阵列 (5)第三章 RRAM的集成选择器的类型 (6)3.1 1T1R (6)3.2 1D1R (6)3.3 1S1R (8)3.4 back to back结构 (10)3.5 具有自整流特性的1R结构 (11)第四章 1S1R结构阻变存储器件研究进展 (13)第五章总结与展望 (14)5.1 论文总结 (14)5.2 未来工作展望 (14)第一章绪论1.1 阻变存储器1.1.1 RRAM基本结构阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）和相变存储器的原理有点相似，在电激励条件下，利用薄膜材料，薄膜电阻在高阻态和低阻态间相互转换，这样子就能实现数据存储[1-2]。

第39卷第4期2009年8月微电子学MicroelectronicsVo l 39,N o.4Aug.2009收稿日期:2008-11-19;定稿日期:2009-02-23基金项目:国家高技术研究发展(863)计划基金资助项目(2008A A031403);国家重点基础研究发展(973)计划基金资助项目(2006CB302706);国家自然科学基金资助项目(60825403,90607022,60506005)动态综述阻变存储器及其集成技术研究进展左青云,刘 明,龙世兵,王 琴,胡 媛,刘 琦,张 森,王 艳,李颖弢(中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术实验室,北京100029)摘 要: 在各种新型非挥发性存储器中,阻变存储器(RRAM )具有成为下一代存储器的潜力。

介绍了RRAM 器件的基本结构,分类总结了常用的材料以及制备工艺,对RRAM 阵列的集成方案进行了比较,并讨论了目前存在的问题;最后,对RRAM 的研究趋势进行了展望。

关键词: 非挥发性存储器;阻变存储器;电阻转变中图分类号:T P333.5文献标识码:A文章编号:1004-3365(2009)04-0546-06Progress in Development of Resistive RAM and Its Integration TechnologyZU O Qingyun,LIU Ming,LON G Shibing ,WAN G Qin,H U Yuan,LIU Qi,ZH ANG Sen,WAN G Yan,LI Yingtao(K ey L aborator y of Nano -f abrication and N ov el Dev ice s I nte gra ted Tec hnology ,I nstitu te of M icr oelec tr onics,T he Chinese A cade my of Sc ienc es,Be ij ing 100029,P.R.China)Abstract: Resistive r andom access memor y (R RA M )is one of the most pr omising candidat es for nex t generationof no n -volatile memo ry.T he basic structur e of R RA M w as described.R esist ive sw itching materials and electrodes for R RA M wer e summar ized,and t heir fabrication technolog ies wer e reviewed.Different techniques fo r integ ration of RR AM ar ray w ere discussed and exist ing pr oblems wer e analyzed.A nd finally,the research trend o f RR AM w as discussed.Key words: No n -v olatile memo ry ;Resistiv e rando m access memor y (R RA M );Resistiv e sw itching EEACC : 1265D1 引言随着集成电路工艺32nm 技术节点的来临,传统的Flash 非挥发性存储器遇到了一系列的问题。

一种或几种物质分散到另一种物质里形成的均一的稳定的混第十一单元 盐 化肥常见的盐定义能解离出金属离子（或铵根离子）和酸根离子的化合物氯化钠NaCl俗称食盐外观白色粉末，水溶液有咸味，溶解度受温度影响不大用途调味品防腐剂融雪剂农业上选种生理盐水碳酸钠Na ₂CO ₃俗称纯碱（水溶液呈碱性）苏打外观白色粉末状固体，易溶于水用途玻璃、造纸、纺织、洗涤、食品工业等碳酸氢钠NaHCO ₃俗称小苏打外观白色晶体，易溶于水用途制糕点所用的发酵粉医疗上治疗胃酸过多精盐提纯去除不溶性杂质，得到的精盐中还含有氯化镁、氯化钙等可溶性杂质步骤和仪器溶解烧杯、玻璃棒玻璃棒加速溶解过滤铁架台（带铁圈）、漏斗、烧杯、玻璃棒玻璃棒引流蒸发铁架台（带铁圈）、蒸发皿、酒精灯、玻璃棒玻璃棒使液体受热均匀，防止液体飞溅盐的化学性质盐（可溶）+金属1→金属2+新盐（金属1比金属2活泼，K、Ca、Na除外）盐+酸→新盐+新酸（满足复分解反应的条件）盐+碱→新盐+新碱（反应物需都可溶，且满足复分解反应的条件）盐+盐→两种新盐（反应物需都可溶，且满足复分解反应的条件）复分解反应的条件：当两种化合物互相交换成分，生成物中有沉淀或有气体或有水生成时，复分解反应才可以发生酸、碱、盐的溶解性酸大多数都可溶（除硅酸H ₂SiO ₃不溶）碱只有氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡和氢氧化钙可溶于水，其余均为沉淀盐钾盐、钠盐、硝酸盐、铵盐都可溶硫酸盐除BaSO ₄难溶，Ag ₂SO ₄，CaSO ₄微溶外，其余多数可溶氯化物除AgCl难溶外，其余多数均可溶碳酸盐除碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵可溶，其余都难溶化学肥料农家肥料注：BaSO ₄、AgCl不溶于水，也不溶于酸营养元素含量少，肥效慢而持久、能改良土壤结构化学肥料氮肥作用促进植物茎、叶生长茂盛、叶色浓绿（促苗）缺氮叶黄常用氮肥铵态氮肥防晒防潮，且均不能与碱性物质（如草木灰、熟石灰等）混合施用NH ₄HCO ₃含N量17.7%易分解，施用时深埋NH ₄NO ₃含N量35%易爆，结块不可用铁锤砸(NH ₄)₂SO ₄含N量21.2%长期使用会使土壤酸化、板结NH ₄Cl含N量26.2%长期使用会使土壤酸化、板结CO(NH ₂)₂NH ₃·H ₂O含N量46.7%含氮量最高的氮肥（有机物）不稳定，易放出氨气加水稀释后施用钾肥作用促使作物生长健壮、茎杆粗硬，抗倒伏（壮秆）缺钾叶尖发黄常用钾肥KCl草木灰农村最常用钾肥（主要成分为K ₂CO ₃），呈碱性K ₂SO ₄长期使用会使土壤酸化、板结磷肥作用促进植物根系发达，穗粒增多，饱满（催果）缺磷生长迟缓，产量降低，根系不发达常用磷肥磷矿粉Ca ₃(PO ₄)₂钙镁磷肥（钙和镁的磷酸盐）复合肥含N、P、K中的两种或三种KNO ₃NH ₄H ₂PO ₄(NH ₄)₂HPO ₄不能与碱性物质混合施用使用化肥、农药对环境的影响土壤污染重金属元素、有毒有机物、放射性物质大气污染N ₂O，NH ₃，H ₂S，SO ₂引起水体污染N、P过多，导致水体富营养化，赤潮、水华等现象合理使用化肥根据土壤情况和农作物种类选择化肥农家肥和化肥合理搭配。

新型阻变存储技术随着时代的不断发展，数字信息已经成为人们日常生活中不可或缺的组成部分。

而存储器作为存储数字信息的设备，也在不断更新换代中。

从最早的磁盘、光盘、U盘，到如今的固态硬盘，每一种存储设备都有其独特的优势和不足。

而在新一轮的科技革命中，一种新型的阻变存储技术正在逐渐崛起，这种技术在存储容量、读写速度等方面都拥有巨大的优势，具有广泛的应用前景。

一、什么是新型阻变存储技术新型阻变存储技术是一种基于阻变材料的存储器技术，阻变材料可以改变其电阻值来存储数字信息。

这种存储器技术存在许多不同的形式，如电阻随机存取存储器（RRAM）、相变存储器（PCM）、自旋存储器（SPM）等。

这些不同的形式都使用了不同的材料和存储原理，但基本原理是相同的。

阻变材料的本质是一种能够在读取信息时改变其电阻值的固态物质。

阻变存储器就是将这种材料制成电子器件，并通过控制电流来改变其电阻值，从而实现数字信息的存储和读取。

二、新型阻变存储技术的优势与传统的存储器相比，新型阻变存储技术具有若干明显的优势。

其中最主要的优势有以下几点：1. 存储容量大阻变存储器的存储密度可以达到非常高的水平。

由于阻变材料具有亚纳米级别的尺寸，因此在同样大小的存储空间内可以存储更多的信息。

此外，阻变存储器还可以进行垂直堆叠，从而进一步提高存储密度。

2. 读写速度快由于阻变存储器是一个纯电子器件，因此读写速度非常快。

它没有机械动作和旋转延迟的问题，能够实现微秒级别的读写速度，这让阻变存储器成为非常适合高速计算和大量数据处理的存储器设备。

3. 能耗低阻变存储器工作时只需要很小的电流即可实现存储和读取操作，因此能耗非常低。

这将有助于降低计算机系统的总能耗，特别是在移动设备中，对于电池寿命的延长也非常有帮助。

4. 可靠性高新型阻变存储器的可靠性非常高，能够承受高达百万次以上的读写操作，具有非常长的使用寿命。

此外，由于阻变存储器没有机械部件，因此也不会发生因受力过大、碰撞等意外因素引起的损坏。

阻变存储器概述-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN阻变存储器概述阻变存储器（RRAM）是利用脉冲电压对存储单元进行写入和消除，进而导致记忆单元电阻改变，这就是电脉冲诱使阻变效应。

电阻转换现象利用一些薄膜材料在电激励条件下薄膜电阻在不同电阻状态（高阻态（HR S）、低阻态（LRS））之间的相互转换来实现数据存储。

根据电阻转换所需外加电压极性的不同，RRAM器件的电阻转变特性可以分为两种切换模式：单极转换和双极转换。

从HRS到LRS的转换被称为“SET”过程。

相反，从LRS到H RS的转换被称为“RESET”过程。

单极转换是指器件在高低组态之间转变时外加电压极性相同。

如果器件能在任意极性的电压实现高低阻态的转变，它被称作为无极性转换。

双极开关的切换方向取决于所施加的电压的极性。

图（a）RRAM基本结构示意图和RRAM转换特性，（b）单极性转换，（c）双极性转换对于单极转换必须设置限制电流，对于双极转换，不一定需要设置限定电流的大小。

施加在RRAM上的电压可以是脉冲电压或扫描电压，实际应用中利用扫描电压改变记忆单元电阻是不行的。

除了使用直流电压改变阻态，还可以用电脉冲诱导电阻转变（EPIR）效应实现记忆单元阻值转换。

利用改变脉冲电压的极性完成高低阻态的转变，如图所示。

图脉冲诱使电阻转换的可重复现象RRAM器件的阻变机制到目前为止，电阻转换的真正机制还未确定，机制的不明确严重影响阻变存储器的应用步伐[6]。

阻变效应属于材料的体效应还是氧化物与电极间的界面效应是需要解决的重大难点。

目前，对于电阻转换现象的解释，研究人员提出了下面几种模型，主要有：导电细丝模型，界面接触势垒模型，缺陷能级模型。

导电细丝模型导电细丝（CF，conducting filament）机制是一种局域化的效果，仅在介质薄膜的局部发生电阻的转变。

从目前报道来看，固态电解液和大多数金属氧化物RRAM的电阻转变都与局部导电细丝的形成与断裂有关[7]。

晶圆基底芯片逻辑存储1.引言1.1 概述概述晶圆基底芯片、逻辑芯片和存储芯片是现代电子产品中不可或缺的核心组件。

它们作为集成电路的重要组成部分，承载着不同的功能和任务。

晶圆基底芯片是一种用于制造集成电路的基础材料。

它通常采用硅晶圆作为基板，通过一系列的工艺步骤，在其表面上制造各种不同的电子元件。

晶圆基底芯片在整个电子行业中具有举足轻重的地位，因为几乎所有的电子产品都离不开它们。

逻辑芯片是一种能够通过逻辑操作进行数据处理和计算的集成电路。

它由大量的逻辑门电路组成，通过连接和控制这些逻辑门，实现对数据的存储、处理和传输。

逻辑芯片的功能多样，可以用于实现不同的电子设备，如计算机、手机、智能家居等。

存储芯片是一种用于数据存储和读取的集成电路。

它可以记录和保存各种类型的数据，如文档、照片、视频等。

存储芯片的技术不断进步，从最早的EPROM、FLASH，到如今的SSD、SD卡等，存储容量和读写速度大大提高，满足了人们对数据存储的日益增长的需求。

本文将从定义、特点、应用领域、功能和发展趋势等多个方面，详细介绍晶圆基底芯片、逻辑芯片和存储芯片的相关知识。

通过对这些核心组件的了解，读者将更好地理解和认识现代电子产品的内部工作原理，以及背后的科技发展趋势。

1.2文章结构文章结构：本文共分为引言、正文和结论三个部分。

具体结构如下：1. 引言部分（Introduction）1.1 概述（Overview）在本部分中，将介绍晶圆基底芯片、逻辑芯片和存储芯片的概念，并简要说明它们在现代科技领域的重要性。

1.2 文章结构（Article Structure）本文将按照以下结构展开讨论晶圆基底芯片、逻辑芯片和存储芯片的相关内容。

1.3 目的（Purpose）在本部分中，将明确本文的目的和意义，以及阐述对晶圆基底芯片、逻辑芯片和存储芯片发展的展望。

2. 正文部分（Main Body）2.1 晶圆基底芯片（Wafer Substrate Chips）2.1.1 定义和特点（Definition and Characteristics）在本部分中，将详细解释晶圆基底芯片的定义和特点，包括其在集成电路制造中的作用和重要性。

思维导图告诉你DFX,EVT,DVT,PVT,MP,DFLC 新产品开发尤其是电子产品的开发过程，大致可分为五个阶段：产品规划（预立项、立项）、EVT（Engineering Verification test phase工程验证测试阶段）、DVT（Design Verificationtest Phase设计验证测试阶段）、PVT（Production Verification test Phase生产验证测试阶段）、MP（Mass production Phase量产阶段）EVT(Engineering Verification test phase)工程验证测试阶段产品开发初期的设计验证。

产品刚设计出来仅为工程样品，会存在很多问题，此阶段的重点是对产品的主要功能进行验证，以手机产品为例，例如：测试喇叭、听筒、蓝牙等主要功能是否调通，以便研发人员对产品设计进行修改、调试。

测试及评审流程：由测试部依照《测试用例》对EVT样品进行测试后，将测试问题汇总并输出软件及硬件的《测试报告》，提交PM（项目经理）及DQA（设计质量工程师），由PM或DQA组织软件、硬件、结构、测试、质量、NPI等部门召开EVT评审会议，各部门对《测试报告》中的问题进行评审后，由DQA依据EVT阶段通过标准，输出《EVT阶段评审报告》知会相关部门。

DVT(Design Verification test Phase)设计验证测试阶段此阶段产品的所有设计已全部完成，重点是需要对产品的全部性能进行测试，确保所有的设计都符合规格。

一般情况下EVT阶段产品的结构尚未定型，无法对产品进行可靠性测试，所以DVT阶段的测试除软件及硬件测试外，需要增加可靠性测试（六性：可靠性、安全性、维修性、保障性、测试性、环境适应性），DVT阶段测试及评审流程同EVT阶段。

PVT(Production Verification test Phase)生产验证测试阶段PVT阶段需小批量试产一部分产品，产品设计的主要功能全部实现并达到标准要求，确保工厂可以依照SOP（标准作业指导书）生产出完全符合设计要求的产品。