常溫無氧環境下製程的 RRAM I-V 特性

下圖 4-1-1 為在常溫下製作的 RRAM 電性圖，由可穩定進行開關行為的樣品 (可進行 100 次開關測試實驗)測量中取出，可看出此樣品的 Set 現象是處於在較 後段位置才有，推論是內部燈絲雖然大體形成了，但富氧層並沒有因為開關行為 出現太大的變化，所以開關行為是由富氧層及有燈絲通路的氧化鋅層之間的一小 塊區域的燈絲斷裂/重組來主導的，也因此開關現象才會不是很明顯。而在 RESET 方面直線部分長度與 SET 部分有著相似的斜率，因此推論此樣品內部進行開關的 部分確實是在同樣的區塊有著相似的範圍。

圖 4-1-1 常溫無氧碳 1nm 厚度 RRAM 之 I-V 曲線

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在將電性圖取 Log 後(圖 4-1-2)，發現中間有個凹槽存在，我們推測那可能 是在內部的碳跟鋁的接面處所導致的(根據之後阻抗分析發現介面確實會對樣品 開關時所需電壓(流)產生影響)，而後根據這張圖我們可以發現斜率基本上並沒 有相差太多，還都是在可用歐姆傳導來解釋的範圍之內。

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

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下圖 4-1-3 為在常溫下製作的 RRAM 的電性變化示意圖，為避免過於圖片內 容過於雜亂，由可穩定進行開關行為的樣品(可進行 100 次開關測試實驗)中，每 十進位取一次數據的方式，繪製而成(之後的常溫有氧 RRAM 樣品也是採取相同的 方式來處理)。可看出除了第一次與最後一次，大部分可供讀寫的開關都約在兩 者之間遊蕩，可得知內部燈絲通路是穩定的形成，而在進行開關變化的過程上大 致是相似的，而後會漸漸的趨向富氧層的消散而無法再進行讀寫。

圖 4-1-3 常溫無氧碳 1nm 厚度 RRAM 電性變化示意圖

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圖 4-1-4 為在常溫下製作的 RRAM 的開關電阻變化示意圖，如圖所示高低電 阻的數值的差別並不是很明顯，甚至能說是混雜成一塊，但大體上高電阻態還是 都有著相較於低電阻態還大的電阻。由此可得知內部在行開關變化時結構可能並 沒有太大的差別，但從電性圖中還是可以看出有著開關現象的存在，而這一部分 也會成為我們建構內部模型時的指標之一。

圖 4-1-4 常溫無氧碳 1nm 厚度 RRAM 開關電阻變化示意圖

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4.2 200℃無氧環境下製程的 RRAM I-V 特性

圖 4-2-1 是 200℃環境下製程的 RRAM I-V 圖，有著很漂亮如同教科書般的 圖形，但卻只能讀寫三次，討論後的結果可能是碳層在此溫度下，可能擴散入氧 化 鋅 結 構 內 ， 才 使 其 阻 擋 氧 離 子 的 能 力 下 降 ， 進 而 導 致 開 關 次 數 降 低 。

圖 4-2-1 200℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 之 I-V 曲線

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在取 Log 的 IV 圖(圖 4-2-2)方面，已不見常溫圖中的凹槽，研判可能因為 溫度方面使介面部分彼此摻雜，使原本該有的凹槽因此消失了，此處與其說是 200℃無氧碳 1nm 厚度的開關行為，更像是不摻入碳層前的，只有鋁-氧化鋅-鋁 的 RRAM 結構的開關模式。

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

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圖 4-2-3 為 200℃無氧碳 1nm 厚度的 RRAM 電性變化示意圖，此樣品最大的 開關次數只有兩次，所以圖中的次數較為稀少，就圖所示，似乎第一次開關後就 會使內部的燈絲穩定，而第二次雖然還有存在著複寫的可能性，但在這之後卻再 也無法進行複寫了。

圖 4-2-3 200℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 電性變化示意圖

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圖 4-2-4 為 200℃無氧碳 1nm 厚度的 RRAM 開關電阻變化示意圖，一開始還 有著很大的電阻差別，但經過一次複寫後，就變得很不明顯了，在這之後就幾乎 不會有變化了，顯示內部已被完全導通，已經不會再有其他變化了。

圖 4-2-4 200℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 開關電阻變化示意圖

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4.3 300℃無氧環境下製程的 RRAM I-V 特性

下圖 4-3-1 是 300℃環境下製程的 RRAM I-V 圖，可看的出來線條無法呈現 一個漂亮的直線拔升，而有著許多的段落，推論是在無氧的情況下進行濺鍍製作 時，內部的氧化鋅結構本身就無法保存太多的氧(原)離子，再加上高溫製程，使 得內部結構有些變化而導致更多的氧(原)離子逸散，使内部的燈絲結構比起常溫 製成的樣品更加曲折，才會像是爬樓梯般一段一段的爬升，但同樣不變的是此 RRAM 依然是用一小部分的區塊來行 RESET 行為。

圖 4-3-1 300℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 之 I-V 曲線

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下圖 4-3-2 是 300℃環境下製程的 RRAM I-V 取 Log 圖，可看到 Set 時線段 有許多曲折，在後段甚至有斜率特別大的區域，也因此使我充分地認為碳層很有 可能因為製作過程中的溫度增加進而改變了自身結構抑或著是逸散於作業環境 中，而相較之下 RESET 的圖示則相對地安定許多，也讓我更加地認為導引開關行 為的區塊是只集中於部分而非整體，就如同其他論文所示。

圖 4-3-2 300℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 取 LOG 後的 I-V 曲線

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在圖 4-3-3，可看得出來內部似乎沒有穩定的通路(相較於常溫無氧製程)，

同時因為可供參考的次數也不是很多，所以不太能看出內部變化規律，因此只能 了解到過高溫度是不利於 RRAM 製程。

圖 4-3-3 300℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 電性變化示意圖

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而圖 4-3-4 裡，則發現如同 200℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 開關電阻變化示意 圖一樣， 高低電阻會漸趨於不明顯，所以能夠得知加溫製程的 RRAM，可能都會 因為加溫的這個要素而產生某種相似的變化。

圖 4-3-4 300℃無氧碳 1nm 厚度 RRAM 開關電阻變化示意圖

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