[发明专利]一种优化氧化物基的阻变存储器性能的方法

说明书

本发明公开了一种优化氧化物基的阻变存储器性能的方法，先获得每个掺杂元素的每个浓度下所述氧化物基阻变存储器对应的缺陷的激活能，然后得到氧化物基阻变存储器的缺陷的激活能和N个掺杂元素的映射关系；在依据此对所述N个掺杂元素进行分类；然后基于分类后的N个掺杂元素和确定出的氧化物基阻变存储器性能参数，确定出所述分类后的N个掺杂元素对所述氧化物基阻变存储器的各个性能参数的映射关系。本发明可以通过不同掺杂物浓度及类型对于激活能的影响来判断掺杂元素对于器件各种性能的影响，最终获得优化阻变存储器性能的最佳方法，从而不需要进行大量的实验测试，过程简单，精确性高。

技术领域

本申请涉及半导体存储器件技术领域，尤其涉及一种优化氧化物基的阻变存储器性能的方法。

背景技术

存储器在现代集成电路中是最重要、最基本的元件之一，是目前微电子技术水平的重要指标。在过去的三十年里，Flash取得了巨大的成功，但是随着CMOS技术进入纳米量级，尺寸的不断缩小，浮栅器件在各方面都面临着技术与物理上的瓶颈。为了解决这些问题，人们提出了发展非易失性存储器，其主要包括改进型和革命型两种技术，前者以Flash技术为基础，后者则提出构建一种全新的非易失性存储框架技术。而“三明治”结构的阻变存储器(RRAM)由于其结构简单、性能优良成为了下一代非易失性存储器的有力竞争者之一。

阻变存储器因其阻变层材料不同而表现出不同的性能，氧化物基的阻变存储器是目前公认的性能最好的一类。氧化物基的阻变存储器阻变材料多为二元阻变氧化物材料，例如NiO、TiO₂、CoO、HfO₂、Ta₂O₅、ZrO₂等。

目前，大多数人认为氧化物基阻变存储器的电阻转变是依靠于Forming过程对阻变层软击穿形成的氧空位，其阻变机制取决于氧空位的聚集和扩散。为了提高该类型器件的性能，研究人员在制备RRAM器件时采用了对阻变层掺杂的技术。然而，到目前为止掺杂效应对于器件性能的影响还是不够清晰，而且目前在研究掺杂效应对于器件性能的影响时，需要进行大量的实验。但是在实际实验中掺杂不同的元素也有一定的困难。另外，大量的实验不但会造成资源的严重浪费，而且在实验中由于人为因素会造成实验的不确定性及较差的可重复性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种优化氧化物基的阻变存储器性能的方法，通过不同掺杂物浓度及类型对于激活能的影响来判断掺杂元素对于器件各种性能的影响，最终获得优化阻变存储器性能的最佳方法。本发明不需要进行大量的实验测试，过程简单，精确性高。

所述方法包括：

在将每个掺杂元素以不同浓度掺杂到氧化物基阻变存储器中时，获得每个掺杂元素的每个浓度下所述氧化物基阻变存储器对应的缺陷的激活能；其中，所述掺杂元素共有N个，N为正整数且N≥2；

基于每个掺杂元素的每个浓度下所述氧化物基阻变存储器对应的缺陷的激活能，获得所述氧化物基阻变存储器的缺陷的激活能和N个掺杂元素的映射关系；

基于所述氧化物基阻变存储器的缺陷的激活能和N个掺杂元素的映射关系，将所述N个掺杂元素进行分类；

确定出所述氧化物基阻变存储器性能参数；

基于分类后的N个掺杂元素和所述氧化物基阻变存储器性能参数，确定出所述分类后的N个掺杂元素对所述氧化物基阻变存储器的各个性能参数的映射关系。

优选的，所述获得每个掺杂元素的每个浓度下所述氧化物基阻变存储器对应的缺陷的激活能，包括：

获得阻变层氧化物包含96原子的超晶胞；

计算所述超晶胞分别带0及-1电荷时的总能量

对所述超晶胞进行替换掺杂，进而得到一个含有三配位数氧空位的第一缺陷晶胞；