随着大数据、云计算、物联网、人工智能等信息产业的快速发展,市场对非易失性存储器的需求与日俱增。然而,由于物理限制器件的特征尺寸进一步缩小将变得十分困难,摩尔定律即将完全失效,传统的半导体存储器已面临其严重的技术瓶颈。因此,寻求更高性能、更快速度、更大密度、更强可靠性和更低功耗的新型存储器成为目前的研究热点。其中,具有结构简单、读写速度快、密度大、面积小、成本低、保持时间长、功耗低、与传统CMOS工艺兼容等众多优点的阻变存储器引起了学术领域与工业领域的高度重视。在众多阻变层材料中,氮化硅基阻变器件因操作电压小、保持时间长、开关速度快、耐久性好等突出优点而备受关注。本文将通过构建多层结构氮化硅基阻变器件来提高器件的阻变特性,具体研究内容与成果如下:1.本文对Ta/Si N_x/Al O_x/Pt RRAM器件进行了制备与电学特性分析,并对器件直流转换、导电机制、阻变机理等方面的特性进行了研究。首先通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术制备一薄的Al O_x层并插在Si N_x层与Pt底电极界面处。观察到了器件LRS下具有非线性,接着详细讨论了插入的Al O_x层在Ta/Si N_x/Al O_x/Pt器件电阻转变和导电机制中的作用。研究发现器件LRS下的非线性归因于界面形成的肖特基势垒,器件的导电机制是由Si悬挂键组成的导电通道与Al O_x势垒层共同作用的结果。此外,Ta/Si N_x/Al O_x/Pt RRAM器件还表现出良好的耐擦写能力(>10~2)、稳定明显的存储窗口(>10)、缓变型RESET过程等特点。最后,通过调整淀积时间制备出了三组具有不同厚度的Si N_x薄膜,研究了Si N_x薄膜厚度对器件阻变特性的影响。研究发现不同厚度的Si N_x薄膜具有不同的表面粗糙度,从而影响泄露电流的大小,选择适当厚度的Si N_x薄膜可以减低器件HRS电流并提高器件的存储窗口大小。2.为了进一步提高器件的可靠性,本文制备并研究了Ta/Si N_x/Al N/Pt RRAM器件。研究发现器件低阻态下满足欧姆导电机制,器件高阻态下由TC-SCLC导电机制和肖特基发射导电机制共同主导。器件的电阻转变行为可以归因于氮离子迁移留下的氮空位组成的导电通道的形成与断裂。器件转换电流低于1m A,并具有稳定的存储窗口。由于Al N薄膜具有较高的热导率,使得器件局部热效应剧烈程度减弱,提高了导电通道的稳定性,使得器件开关电压一致性有所改善。此外,该器件还表现出其他优异的阻变特性,包括良好的耐久性(>10~3)和数据保持能力。最后,通过调整淀积时间制备出了三组具有不同厚度的Al N薄膜,同时研究了Al N薄膜厚度对双层结构器件开关参数的影响。