新型阻變存儲(chǔ)技術(shù)

目 錄
《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序
前言
第1章緒論 1
1. 1非易失性存儲(chǔ)器發(fā)展歷程 1
1.2存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì) 6
1.2.1分立電荷存儲(chǔ)器 6
1-2.2鐵電存儲(chǔ)器 7
1.2.3磁性存儲(chǔ)器 7
1.2.4相變存儲(chǔ)器 8
1 .2.5 阻變存儲(chǔ)器 9
1 .3阻變存儲(chǔ)器發(fā)展歷程 9
參考文獻(xiàn) 1 1
第2章阻變材料 1 4
2. 1無(wú)機(jī)阻變材料 1 4
2. 1 . 1 二元氧化物阻變材料 1 4
2. 1 .2復(fù)雜氧化物阻變材料 1 9
2. 1 .3固態(tài)電解質(zhì)材料 22
2.2有機(jī)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(fù)合型功能層材料 3 1
2.2.4納米顆?；旌象w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(xiàn) 49
第3章阻變存儲(chǔ)器器件結(jié)構(gòu) 6 1
3. 1 兩端 RRAM 61
3.1.1 “三明治”結(jié)構(gòu) 61
3.1.2 crossbar 結(jié)構(gòu) 63
3.1.3 via-hole 結(jié)構(gòu) 66
3.1. 4原子開關(guān)結(jié)構(gòu) 68
3.1. 5平面兩端結(jié)構(gòu) 69
3. 1. 6側(cè)邊接觸結(jié)構(gòu) 73
3.2 三端 RRAM 74
3.3 四端 RRAM 76
參考文獻(xiàn) 79
第4章電阻轉(zhuǎn)變機(jī)制 82
4.1電化學(xué)金屬化機(jī)制 83
4.1.1電化學(xué)金屬化理論 83
4.1.2導(dǎo)電細(xì)絲生長(zhǎng)和破滅的動(dòng)態(tài)過(guò)程 84
4.2化學(xué)價(jià)變化機(jī)制 91
4.2.1化學(xué)價(jià)變化機(jī)制引起的界面勢(shì)全調(diào)制 92
4.2.2化學(xué)價(jià)變化機(jī)制引起的導(dǎo)電細(xì)絲生長(zhǎng)和破滅 93
4.2.3導(dǎo)電細(xì)絲生長(zhǎng)和破滅的動(dòng)態(tài)過(guò)程 96
4.3熱化學(xué)機(jī)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(zhuǎn)變現(xiàn)象 101
4.4 靜電/電子機(jī)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(xiàn) 108
第5章阻變存儲(chǔ)器物理模型 111
5. 1阻變存儲(chǔ)器阻變模型 111
5. 1. 1模型的發(fā)展?fàn)顩r與分類 111
5.1.2連續(xù)介質(zhì)模型 113
5.1.3隨機(jī)模型 120
5.2第一性原理計(jì)算 127
5.2.1單個(gè)氧空位的計(jì)算 128
5.2.2氧空位的形成能 129
5 .2.3 摻雜效應(yīng) 133
5 .2.4 導(dǎo)電細(xì)絲的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 13 5
參考文獻(xiàn) 136
第6章電阻轉(zhuǎn)變統(tǒng)計(jì)研究 140
6.1電阻轉(zhuǎn)變統(tǒng)計(jì)的滲流解析模型 140
6.1.1 導(dǎo)電細(xì)絲形成和斷裂的本質(zhì) 141
6.1.2 SET/RESET 轉(zhuǎn)變的 cell 幾何模型 141
6.1.3 SET/RESET轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)模型 143
6.1.4 SET/RESET電壓和電流統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn) 145
6. 2轉(zhuǎn)變速度統(tǒng)計(jì)解析模型及轉(zhuǎn)變速度-干擾困境的快速預(yù)測(cè) 151
6.2.1 RRAM中的轉(zhuǎn)變速度-干擾困境問題 151
6.2.2 SET速度的統(tǒng)計(jì)與模型 151
6 .2.3恒壓模式預(yù)測(cè)速度-干擾困境的方法 152
6 .2.4電壓掃描模式快速預(yù)測(cè)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(shè)計(jì)空間 153
6 .3電阻轉(zhuǎn)變過(guò)程中導(dǎo)電細(xì)絲演化的統(tǒng)計(jì)分析 154
6 .3.1單極性VCM器件的RESET轉(zhuǎn)變的類型與細(xì)絲演化過(guò)程 155
6 .3.2 RESET過(guò)程中細(xì)絲電導(dǎo)演化的統(tǒng)計(jì)分析 15 6
6 .3.3連續(xù)電壓掃描RESET轉(zhuǎn)變中的電導(dǎo)演化的統(tǒng)計(jì)分析 158
6 .3.4 RESET轉(zhuǎn)變參數(shù)的分布規(guī)律 159
6 .3.5 RESET統(tǒng)計(jì)的蒙特卡羅模擬 1 6 3
6 . 4 電阻轉(zhuǎn)變中的量子化效應(yīng) 1 6 6
6 .4.1 VCM器件電阻轉(zhuǎn)變中的量子化效應(yīng) 1 6 7
6 .4.2 ECM器件電阻轉(zhuǎn)變中的量子化效應(yīng) 171
參考文獻(xiàn) 174

第.章阻變存儲(chǔ)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(jié)構(gòu)優(yōu)化 191

7.2.1插層結(jié)構(gòu) 191

7.2.2 增強(qiáng)電極的局部電場(chǎng) 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(yīng)力預(yù)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(cè)試的優(yōu)化 205
參考文獻(xiàn) 207

第8章阻變存儲(chǔ)器集成 212

8. 1有源陣列結(jié)構(gòu) 212

8.2無(wú)源陣列結(jié)構(gòu) 222

8.2.1無(wú)源交叉陣列中的串?dāng)_現(xiàn)象 222

8.2.2 1D1R 結(jié)構(gòu) 224

8.2.3 1S1R 結(jié)構(gòu) 231

8.2.4 自整流RRAM結(jié)構(gòu) 234

8.3無(wú)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(jié)構(gòu) 243

8.4.1堆疊交叉陣列結(jié)構(gòu) 244

8.4.2垂直交叉陣列結(jié)構(gòu) 245

參考文獻(xiàn) 248

第9章阻變存儲(chǔ)器的電路應(yīng)用 252

9. 1緊湊模型 252

9.1.1基于金屬離子遷移動(dòng)態(tài)機(jī)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(lǐng)域中的應(yīng)用 257

9.2.1 FPGA 技術(shù)簡(jiǎn)介 257

9.2.2傳統(tǒng)FPGA器件的結(jié)構(gòu) 258

9. 2. 3 基于 RRAM 的 FPGA 技術(shù) 260

9. 3 CMOL電路技術(shù) 265

9 .3.1 CMOL 電路介紹 265

9 .3.2 CMOL 電路結(jié)構(gòu) 265

9 .3.3 CMOLFPGA 結(jié)構(gòu) 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(luò)中的應(yīng)用 270

9 .4.1憶阻器介紹 270

9 .4.2憶阻器的模型與機(jī)理 271

9 .4.3憶阻器在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 273

參考文獻(xiàn) 276

索引 280