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新型非挥发性存储器能够满足高密度信息存储和高性能计算的性能需求,其最有潜力成为下一代存储器。新型非挥发性存储器主要包括相变存储器(PRAM)、铁电存储器(FRAM)、磁存储器(MRAM)及阻变存储器(RRAM)。其中RRAM在存储单元面积、能量消耗、擦写次数、耐循环、抗疲劳和数据保持时间等重要性能指标明显优于其他几类新型非挥发性存储器。在阻变材料中,最早被研究的是二元金属氧化物,大都表现出良好的阻变特性,如TiOx、HfOx、AlOx、TaOx、ZrOx等。其中,氧化铪表现出稳定的双极性开关特性,可擦写次数高、在高温下的保持时间较长;氧化铝具有较小的Reset电流,较低的功耗,能有效的减小泄漏电流等优势。研究表明,基于氧化物的RRAM的阻变机制一般为导电细丝机制,RRAM中在经过一定剂量下γ射线辐射不会改变其存储单元的高低阻态,这证明RRAM有较强的抗辐射能力,具有应用于航天的潜力。但是RRAM的抗辐射阈值的极限在不同材料、不同结构中是不相同的,且在经过高剂量γ射线辐射后的器件的损伤机制并没有被明确的阐释。本论文选择氧化铪和氧化铝材料作为研究对象,利用原子层沉积方法(ALD)来制备HfOx、AlOy阻变薄膜,测试分析薄膜的半导体性能和阻变性能,并探究了器件经过过60Coγ射线辐射后器件的阻变性能变化规律及其在高剂量辐照后器件的损伤机制。主要工作内容如下:(1)运用原子层沉积方法制备Pt/HfO2/TiN、Pt/Al2O3/TiN两种阻变结构器件,两种结构器件都表现出较稳定双极性阻变行为。制备的Pt/HfO2/TiN、Pt/Al2O3/TiN两种结构器件表面平整。Pt/HfO2/TiN结构器件的电学性能表现出良好的阻变均一性,但是耐循环次数低、开关比过小;Pt/Al2O3/TiN结构器件的电学性能表现出较小的Reset电流,因而具有实现低功耗的可能。(2)运用原子层沉积方法制备HfO2/Al2O3双层结构器件,其中Al2O3作为缓冲层,在不同厚度缓冲层Al2O3上生长同一厚度的HfO2。器件表现出更加稳定的双极性阻变特性,例如较好的循环特性、较低的操作电压(<3 V)、较好的保持性能(>104 s)、良好的抗疲劳性能(>107)。Pt/HfO2/Al2O3/TiN器件的阻变机制是氧空位导电细丝机制。(3)针对Pt/HfO2/Al2O3/TiN双层结构器件开展基于60Coγ射线的电离辐射总剂量效应研究。经过总剂量100 krad(Si)、200 krad(Si)辐照后,器件的电学性能基本保持不变,器件的高低阻态电阻值没有发生明显变化;器件的操作电压随着辐照总剂量增加呈现略微增大趋势,这表明Pt/HfO2/Al2O3/TiN双层结构器件具有良好的抗电离辐射能力;而随着辐照剂量的增大(达到1 Mrad(Si)),该器件的高低阻态电阻值明显变小,器件的VSet电压减小,VReset电压增大,循环性能减弱,保持性能下降。由于在高剂量的辐照强度下,氧化物中出现较多缺陷,从而使阻变器件中的氧空位增加,这导致了器件更容易形成导电细丝。