[发明专利]一种分析阻变存储器电流波动性的方法

权利要求书

1.一种分析阻变存储器电流波动性的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：制备各种阻变存储器；

步骤2：测量制备的各种阻变存储器的I-V曲线，并采用0.1V的读电压，从测得的I-V曲线中读出该电压下各种阻变存储器的电流值，进而确定各种阻变存储器的高阻态和低阻态；

步骤3：分别计算各种阻变存储器在高低阻态下导电细丝中的电流；

步骤4：分别计算各种阻变存储器中导电细丝的外加电场；

步骤5：分别计算不同阻态下各种阻变存储器载流子跃迁的激活能；

步骤6：分别比较低阻态或高阻态下各种阻变存储器载流子跃迁的激活能，分析各种阻变存储器的电流波动性。

2.根据权利要求1所述的分析阻变存储器电流波动性的方法，其特征在于，步骤1中所述制备各种阻变存储器，是利用原子层沉积的方法制备出HfO₂、ZrO₂和WO₃阻变存储器器件，器件厚度为5nm-30nm，器件的下电极为Pt(40nm)/Ti(10nm)金属层，上电极为W(30nm)/Ti(5nm)金属层。

3.根据权利要求1所述的分析阻变存储器电流波动性的方法，其特征在于，步骤2中所述测量制备的各种阻变存储器的I-V曲线，是采用KEITHLEY4200-SCS型半导体特性分析系统测量制备的各种阻变存储器的I-V曲线。

4.根据权利要求1所述的分析阻变存储器电流波动性的方法，其特征在于，步骤2中所述采用0.1V的读电压，从测得的I-V曲线中读出该电压下各种阻变存储器的电流值，进而确定各种阻变存储器的高阻态和低阻态，是采用0.1V的读电压，从测得的I-V曲线中读出该电压下的电流值，读出的电流值中较大的值定为低阻态的电流值，较小的值定为高阻态的电流值。

5.根据权利要求1所述的分析阻变存储器电流波动性的方法，其特征在于，步骤3中所述分别计算各种阻变存储器在高低阻态下导电细丝中的电流，包括：

对于阻变存储器中的低阻态，导电细丝中的电流可以通过下式得到：

I=σLRSF2S=σ0Sexp(-2αRij-qEa(a)L/kBT)V/L---(1)]]>

式中F₂表示低阻态下导电细丝的电场，σ_LRS表示电导率，σ₀表示电导的前因子，α表示局域态长度的倒数，R_ij表示载流子跃迁的长度，q表示电子电荷，表示低阻态下载流子运动的激活能，k_B表示波尔兹曼常数，T表示器件的温度，V表示外加电压，L表示器件的厚度；

对于阻变存储器中的高阻态，由于空间电荷限制电流的效应，对于导电细丝导通的部分，电场应符合泊松定律，即

dF(x)/dx＝-nq/ε        (2)

式中n表示载流子浓度，ε表示材料的介电常数；

高阻态下导电细丝导通部分的电流表示为：

Ihopping=nqμ0exp(-2αRij-qEa(a)H/kBT)F(x)S---(3)]]>

式中μ₀表示载流子迁移率的前因子，表示高阻态载流子运动的激活能，S表示导电细丝的横截面积；

同时，根据福勒-诺德海姆发射理论，高阻态下导电细丝断开部分的电流可以通过下式表示：

Itunneling=q3F12S/(8πhφB)exp[-8π2mφB32/(3hqF1)]---(4)]]>

式中F₁表示导电细比断开点位置的电场，h表示普朗克常量，φ_B表示势垒高度，m表示自由电子的质量。