阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,單元尺寸小,存儲(chǔ)密度高,保持性好等優(yōu)點(diǎn),使其有望成為下一代主流存儲(chǔ)器。尋找合適的電致阻變材料,優(yōu)化電致阻變性能,并對(duì)其相關(guān)機(jī)制進(jìn)行研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。本文以ZnO和BN材料為對(duì)象,采用磁控濺射方法制備了一系列ZnO和BN基薄膜,系統(tǒng)研究了摻雜和電極對(duì)其電致阻變特性的影響。(1)設(shè)計(jì)并制備了不同金屬納米顆粒(TM=Mn、Cu、Co)摻雜ZnO薄膜作為阻變介質(zhì)層的Pt/ZnO-TM/Au樣品,研究它們電致阻變性能的異同。結(jié)果表明,不同金屬的摻雜對(duì)ZnO薄膜的電致阻變性能有很大的影響。由于金屬M(fèi)n、Cu和Co與ZnO之間功函數(shù)差值的不同,導(dǎo)致了電子需要填充勢(shì)阱高度不同,因此其電致阻變效應(yīng)的操作電壓不同,低阻態(tài)下ZnO-Cu樣品呈金屬特性,說明其電致阻變與Cu導(dǎo)電絲的形成有關(guān),而低阻態(tài)下ZnO-Co和ZnO-Mn樣品呈半導(dǎo)體特性,說明其電致阻變可能與金屬導(dǎo)電絲的形成無關(guān);為了進(jìn)一步探究其中的機(jī)制,我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了以Co為頂、底電極的Co/ZnO/Co樣品,測(cè)試了在逐漸施加電壓使樣品從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)過程中,樣品的導(dǎo)電性、磁性和磁電阻效應(yīng)的變化。結(jié)果表明,樣品一直顯示半導(dǎo)體特性,高阻態(tài)的飽和磁化強(qiáng)度大于低阻態(tài)的飽和磁化強(qiáng)度,而且沒有觀察到磁電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。該現(xiàn)象進(jìn)一步說明在電致阻變過程中鐵磁性的Co原子沒有明顯遷移,而是氧離子遷移引起的氧空位的積累導(dǎo)致了電致阻變效應(yīng)的產(chǎn)生。(2)設(shè)計(jì)并制備了不同BN層厚度的Pt/BN/Au樣品,并在固定BN薄膜厚度的情況下,沉積不同金屬(Cu、Co、Au)作為頂電極的樣品。結(jié)果表明,BN樣品呈雙極性電致阻變行為,其操作電壓隨著厚度的增大而增大;除了BN層厚度,BN薄膜的電致阻變性能還與電極材料的功函數(shù)、電負(fù)性等內(nèi)稟屬性密切相關(guān);與此同時(shí),設(shè)計(jì)了Co金屬納米顆粒摻雜BN薄膜作為阻變介質(zhì)層的Pt/BN-Co/Au樣品。與BN薄膜相比,BN-Co薄膜的操作電壓顯著減小,這可能是由于BN-Co薄膜中的Co納米顆粒的存在降低了樣品的初始電阻、增強(qiáng)Co顆粒周圍的局域電場(chǎng)、從而降低了導(dǎo)電絲生成的隨機(jī)性,降低了器件的能耗。通過分析Pt/BN/Co樣品的X射線光電子能譜,比較高、低阻態(tài)下Pt/BN/Co和Pt/BN-Co/Au樣品的磁性變化,我們發(fā)現(xiàn),BN基薄膜中電致阻變效應(yīng)的產(chǎn)生很可能與N離子遷移導(dǎo)致的N空位的積累有關(guān)�？傊�,本文設(shè)計(jì)并制備了以純ZnO、BN薄膜以及摻雜不同金屬顆粒的ZnO、BN薄膜為介質(zhì)層,以各種金屬為電極的電致阻變器件,研究了它們的微結(jié)構(gòu)、電致阻變性質(zhì)和磁性,探究了相關(guān)機(jī)制。結(jié)果表明,活潑的Cu金屬不論作為摻雜元素還是電極,ZnO和BN基樣品中電致阻變效應(yīng)的產(chǎn)生都與Cu導(dǎo)電絲的形成有關(guān);Co、Mn、Au等金屬不論作為摻雜元素還是電極都不太容易遷移,ZnO和BN基樣品中電致阻變效應(yīng)的產(chǎn)生均分別與氧離子和氮離子遷移導(dǎo)致的氧空位、氮空位的積累有關(guān);Co金屬的鐵磁性使其不論作為電極還是介質(zhì)層的摻雜元素,樣品的飽和磁化強(qiáng)度在電致阻變前后都能夠得到一定的調(diào)制。因此,該研究可以為未來尋找新的電致阻變材料、設(shè)計(jì)多功能器件、探究其中的相關(guān)機(jī)制提供一定的參考。
【學(xué)位單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

圖 1-1 四種電路元件關(guān)系圖[14]結(jié)構(gòu)及材料非常簡(jiǎn)單的電極/介質(zhì)層/電極的三明治結(jié)構(gòu)，其中如此簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使得它很容易集成十字交叉陣極互相垂直交叉，成為器件的位線和字線，而存交點(diǎn)都是一個(gè)存儲(chǔ)單元。十字交叉陣列結(jié)構(gòu)被認(rèn)為的最小尺寸可達(dá) 4F2（F 是最小的特征尺寸），若垂寸進(jìn)一步減小到 4F2/n（n 是堆積的十字交叉陣列層度存儲(chǔ)的潛力。/介質(zhì)層/電極三明治結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層作為發(fā)生 RS的影響。介質(zhì)層的材料可以是無機(jī)半導(dǎo)體或絕緣料。其中無機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)材料具有更好的轉(zhuǎn)換穩(wěn)定

山西師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 中信息的存儲(chǔ)是通過不同的電阻狀態(tài)實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)，態(tài)（LRS）即“ON”，這兩種穩(wěn)定的電阻狀態(tài)可以表示計(jì)1”。通過電場(chǎng)的刺激這兩個(gè)狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換，從 HRS為 set 和 reset 過程，并且在撤掉電場(chǎng)之后 HRS 和 LRS存儲(chǔ)。通常在 set 過程中設(shè)有限制電流（Icomp）來防止要可以分為單極性轉(zhuǎn)變和雙極性轉(zhuǎn)變。如圖 1-2（a）所器件只需要同一方向的偏壓就可以實(shí)現(xiàn) set 和 reset 過程器件需要兩個(gè)相反方向的偏壓來實(shí)現(xiàn) set 和 reset 過程，由器件的微結(jié)構(gòu)[35-37]和加電操作的設(shè)置[38]決定的。因此兩種電阻轉(zhuǎn)變行為[39-42]。

引起的熱擴(kuò)散或者是導(dǎo)電通道表面自由能的降低或者是在電場(chǎng)或熱的作用下誘導(dǎo)了一個(gè)相變過程。而單極性閾值轉(zhuǎn)變模型從本質(zhì)上來說是揮發(fā)性電阻轉(zhuǎn)變，如圖 1-3（d）所示。隨著電壓的增大，當(dāng)電壓達(dá)到某一值時(shí)，電流急劇增加，器件由絕緣態(tài)突然轉(zhuǎn)變成金屬態(tài)。然而，當(dāng)電壓逐漸減小到某一值時(shí)，器件再次轉(zhuǎn)變到絕緣態(tài)。在電場(chǎng)的作用下，焦耳熱會(huì)引起局域高溫區(qū)域發(fā)生金屬—絕緣體材料由絕緣體轉(zhuǎn)變成金屬，引起電流突然增加；隨著電壓的降低，當(dāng)溫度低于金屬—絕緣體轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，又恢復(fù)到絕緣態(tài)，因此，單極性閾值轉(zhuǎn)變模型完全是焦耳熱的作用。目前，還沒有發(fā)現(xiàn)純電場(chǎng)作用的電阻轉(zhuǎn)變器件，在大多數(shù)器件中電阻轉(zhuǎn)變是電場(chǎng)和熱效應(yīng)共同作用的結(jié)果，隨著器件的電壓和電流的變化以及電阻的轉(zhuǎn)變，熱效應(yīng)和電場(chǎng)的作用也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)改變。通過電阻的轉(zhuǎn)換模型可以推斷出在 reset 過程中的存在的導(dǎo)電機(jī)制，在單極性轉(zhuǎn)變模型中，熱效應(yīng)是主要的推動(dòng)力，導(dǎo)電通道在 reset 過程中被熔斷。而在雙極性中，導(dǎo)電絲的斷裂是由于在電場(chǎng)的作用下帶電粒子的遷移和熱效應(yīng)加速粒子的遷移共同作用的結(jié)果。

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本文編號(hào)：2814409