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5-1 Al/GO/Al 電性分析

開始分析我們這種製作方式的特性量測,我們上下電極分別使用探針 接觸,再透過 Agilent 4155c 分析 I-V 曲線圖,而我們這次想利用 C-V 曲 線找到不同的解釋方式,所以也使用 Agilent E4980A 分析 C-V 曲線圖。

5-1.1 I-V 特性分析

在量測前我們會先測量探針的漏電流,之後把元件進行 Forming 的動 作,讓燈絲能夠形成,這能讓我們的實驗更順利。我們使用的是 Al/GO/Al 結構的 RRAM,我們使用了單極性與雙極性操作,Set 時的限流都設定在 0.1mA,這是用來避免電流太大造成燈絲過於龐大強壯,和避免元件會因

為大電流造成無法挽救的破壞,Reset 時,我們設定限流在 100mA,與 Set

圖 5-1.1 單極性操作的 I-V 特性圖

5-1.2 高低阻態分佈圖分析

我們知道記憶體是使用 0 或是 1 來儲存位元,而這種圖就可以看出 0 和 1 是否差的夠大能不能判別,縱軸為取 0.1V 的讀取電壓計算出來的電 阻值,我們可以看出來在最低點有 2 個 order 的距離,也就是差 100 倍左 右,這樣就可以判別出 0 和 1 的差別,最高的差距為 8 個 order,由圖可 以很明顯的看出來,高阻態的分佈比較不平均,這也點出 RRAM 的缺點。

我們以兩種轉換機制做判斷:

(1) VCM:由上面的說明知道這種機制在 Reset 的時候,燈絲是因為 焦耳熱而斷裂,但所有的路徑並不會全部都燒斷,或是只燒斷一點點,這 樣會使燈絲越來越龐大或是沒有到達應達到阻值,圖上明顯看到從 50 次 之後 HRS 的阻值變穩定了,而且也是比前 50 次還要低的阻值,我們推測 這可能是這元件在無法使用前,在 GO 層中的燈絲有些已成長茁壯,茁壯 到無法因為焦耳熱而斷裂,不過仍有部分燈絲還是能夠繼續運作,但隨著

次數的增加,這些部分的燈絲也無法斷裂了。

(2)ECM:我們知道這種機制比較適合使用雙極性來介紹,所以使用 雙極性的突來介紹,由圖可看之在 HRS 時,也是比較分散不集中。根據 ECM 理論得知,燈絲的斷裂是由於電場的方向導致燈絲斷裂,而斷裂部 分大多在上電極,在施加相反偏壓後,可能部份的 Al 原子不會隨著電場 產生解離現象,所以導致 HRS 不會固定在同一個值。

圖 5-1.2 單極性高低阻態分佈圖與偉伯分佈圖

參考資料

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[10] Cheng-Li Lin et al, Switching mechanism of Al/GO/Al Resistive RAM using C-V measurement,” will be published.

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