常溫有氧環境下製程的 RRAM I-V 特性

對照無氧常溫下製作，圖 4-4-1 中不僅可發現它的開關變化相當明顯，同時 有著不同於一般 RRAM 電性圖的模樣，對比於 SET，RESET 需要更大的電流才能燒 斷；此圖也顯示內部的燈絲結構已相當穩定，同時也能知道氧氣環境對 RRAM 製 作有著很大的影響。

圖 4-4-1 常溫有氧碳 1nm 厚度 RRAM 之 I-V 曲線

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將含氧常溫下製作的 RRAM 電性圖取 LOG 後(圖 4-4-2)，發現其相當穩定，

由斜率就可看出，只有非常微小的差距，隸屬於歐姆傳導，相較其他的樣品來說，

這應該是斜率最為穩定的 RRAM 電性圖吧。

圖 4-4-2 常溫有氧碳 1nm 厚度 RRAM 取 LOG 後的 I-V 曲線

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在電阻變化示意圖方面(圖 4-4-3)，能了解到含氧常溫下製作的 RRAM 的電 性似乎都很穩定，甚至幾近重合，對記憶元件來說十分適合，圖片中也展現出了 第一次 set 的過程是需要較多的電壓的，而後會因為之前讀寫所殘存的燈絲，降 低轉換開關所要求的電壓，此圖可說是非常漂亮的 RRAM 電性示意圖。

圖 4-4-3 常溫有氧碳 1nm 厚度 RRAM 電性變化示意圖

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另一方面，相較於常溫無氧的電阻變化示意圖，此處的圖示中(圖 4-4-4)高 低電阻值比較分開，換言之，就是開關變化較為明顯，而這些也都是此樣品較為 突出且能當作有氧製程環境的模型建構的要素之一。

圖 4-4-4 常溫有氧碳 1nm 厚度 RRAM 開關電阻變化示意圖

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4.5 200℃有氧環境下製程的 RRAM I-V 特性

對比無氧環境下製作的樣品，有氧環境下製作的 RRAM 都比較穩定，而在圖 4-5-1 中可看出，中間有個兩段式的 RESET，推測是加溫度的製程可能使得碳的 結構或介面的部分出現了變化，但也不排除為氧化鋅內部因為溫度增加而產生變 化，在測量上並沒有太大的影響。

圖 4-5-1 200℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 之 I-V 曲線

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下面是取 LOG 後的電性圖(圖 4-5-2)，可看出在 Set 及 Reset 的部分有顯示 出一個明顯的不同斜率，Set 的後半部分比較接近空間電荷限制電流傳導，因此 推論在加溫度的過程中，部分的碳會開始擴散或因為鄰近的氧化鋅及鋁層而改變 自身結構，所以才會在測量時發現到此種不同於常溫製作的樣品的現象。

圖 4-5-2 200℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 取 LOG 後的 I-V 曲線

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將含氧 200℃下製作的 RRAM 的電性變化作圖之後(圖 4-5-3)，發現其內部似 乎也不是很穩定，能看出一開始不僅需要較大的電壓來進行開關，而在多次複寫 後，會大幅度的減少所需的開關電壓，也許是因為燈絲大量的被構成的緣故吧，

才會導致這種所需電壓大幅下降的圖示。

圖 4-5-3 200℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 電性變化示意圖

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在電阻變化圖的部分(圖 4-5-4)，若要以高低電阻兩者的變化來進行論述的 話，一開始還有些區別，而後此區別就漸漸的越來越小了，看來加溫製程後的樣 品，在內部都會因為變溫的影響而產生改變，而這些改變都會促使記憶能力快速 喪失，也許是碳層結構變化而使其作為屏障的能力下降，致使氧(原)離子無法再 回填有關。這個發現也將成為我們建立模型所需思考的要點之一。

圖 4-5-4 200℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 開關電阻變化示意圖

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4.6 300℃有氧環境下製程的 RRAM I-V 特性

圖 4-6-1 是 300℃有氧環境下製程的 RRAM I-V 圖，可看到 SET 途中已呈現 非穩定的狀態，而可供量測的次數也不超過五次，猜測可能是因為碳層逸散或混 入氧化鋅中，而失去原本可使 RRAM 穩定開關用的機制，而後雖然是在有氧環境 製 成 ， 但 也 不 排 除 因 為 碳 與 氧 氣 鍵 結 ， 進 而 導 致 開 關 次 數 下 降 的 情 況 。

圖 4-6-1 300℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 之 I-V 曲線

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這是 300℃有氧環境下製程的 RRAM 取 LOG 的 I-V 圖(圖 4-6-2)，可看出在 Set 時內部就像是有多層結構，斜率一開始比較接近歐姆傳導，但之後卻又介於 歐姆傳導及空間電荷限制電流傳導之間，因此才推論出加溫度的製程會使碳及氧 化鋅的結構產生很大的變化，進而產生不同混雜情況或氧原(離)子釋出的情形，

才導致了如同此圖所呈現出的層狀樣貌，而 RESET 沒有如此曲折的圖形，則讓我 們了解到確實在燈絲通路完成一次後，再來只要一小部分區域燈絲斷裂或重組，

即可進行開關動作。

圖 4-6-2 300℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 取 LOG 後的 I-V 曲線

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再來是電性變化示意圖的部分，圖 4-6-3 可見，依然沒有甚麼規律性可言(相 較於常溫有氧製程的電性變化示意圖)，但還是能從圖中看出第一次 SET 時好像 裡面就有燈絲存在般，圖形有著筆直拉高的直線，可是在這之後反而就都沒有這 麼漂亮的直線了，這之中的變化也有可能是因為讀寫中的電流經過所產生的焦耳 熱，導致內部結構再度變化而無法再次存放氧(原)離子所造成。

圖 4-6-3 300℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 電性變化示意圖

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在電阻開關變化方面(圖 4-6-4)，還是一樣在第一次讀寫後，高低電阻的相 差值就急速減少，看來加溫製程確實會使樣品內部儲存氧(原)離子的能力下降，

但若要具體的說明是何處的的改變則要更進一步的測試了。在這之後會用阻抗來 分析並試圖了解內部的變化，期望能幫助我們理解樣品的問題所在了。

圖 4-6-4 300℃有氧碳 1nm 厚度 RRAM 開關電阻變化示意圖

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