image: a）硅锥阵列制备过程示意图；（b）ICP刻蚀过程中硅锥阵列衍变的SEM图像；（c-e）不同曲率半径的锥型RRAM器件的SEM图像；（f）均匀硅锥阵列的3D图像。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《中国科学材料》杂志在线发表了中科院微电子所张颖博士、中科大赵晓龙博士后的研究成果，该研究团队提出了一种CMOS兼容的、可在纳米尺度调控的晶圆级硅锥阵列(SSA)制备方法。该方法可制备不同曲率半径的SSA，用于调控RRAM中的导电细丝。
为制备不同曲率半径的SSA衬底，研究人员采用电感耦合等离子体刻蚀法刻蚀平面硅衬底。当刻蚀时间达到临界时间时，可获得最小曲率半径的硅锥衬底。通过延长刻蚀时间，可进一步控制尖端区域的曲率半径。随后，研究人员在不同曲率半径的SSA衬底上制备了Pt/ZrO2/Ag RRAM器件(一个器件仅包含一个尖端)。与传统的平面型RRAM器件相比，锥型器件具有优异的单器件循环和器件间循环的均匀性和稳定性。此外，通过减小尖端区域的曲率半径，可显著提升器件转变电压和高/低阻态的分布均一性及器件阻态的保持特性等。器件转变参数均一性的改善归因于尖端区域内的局域电场增强效应。
为确定SSA结构对导电细丝形成的影响，研究人员采用高分辨率透射电子显微镜和能量色散谱对SET操作后的Pt/ZrO2/Ag锥型器件进行了表征。表征结果表明，SSA结构诱导器件在尖端区域形成准单根或少量的导电细丝，显著改善了器件转变参数的均一性。
该研究所提出的SSA方法具备低成本、CMOS兼容且纳米尺度可控的特点，为高均一性RRAM器件的大规模集成提供了一种参考策略。
研究详情请见原文：
CMOS-compatible wafer-scale Si subulate array for superb switching uniformity of RRAM with localized nanofilaments
https://doi.org/10.1007/s40843-021-1956-9
Journal
Science China Materials