本文選題：碲基硫系化合物 + 憶阻器　； 參考：《華中科技大學》2014年博士論文

【摘要】：自2008年被實驗實現(xiàn)以來,憶阻器就受到了全球研究人員的廣泛關(guān)注。憶阻器能記憶流經(jīng)其的電荷,因而在非易失性存儲、邏輯運算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和可編程電路等領(lǐng)域都具有廣闊的應用前景。然而目前憶阻器的研究仍處于起步階段,在材料、器件結(jié)構(gòu)、憶阻機理以及器件電阻的調(diào)控上還有許多問題亟需進一步研究。 本論文中研究了Ge2Sb2Te5、Ag5In5Sb6oTe3o、Sb2Te3三種不同的碲基硫系化合物材料,制備了憶阻器件,研究了幾種不同材料在憶阻特性上的特點,提出了其憶阻機制,探討碲基硫系化合物憶阻器的器件改進、特性調(diào)制方法和可能的應用。本文主要工作與結(jié)論如下： 首先我們研究了Sb原子含量不超過化學計量比的Ge2Sb2Te5薄膜在非晶態(tài)下的憶阻特性,制備了兩種Ge2Sb2Te5'憶阻器：一種是基于非活性電極的TiW/Ge2Sb2Te5/TiW結(jié)構(gòu)憶阻器件,高低阻變化范圍在1個數(shù)量級以內(nèi),但器件電阻可多級連續(xù)調(diào)制,并構(gòu)建了基于空間電荷限制導電效應的憶阻模型；另一種是采用活性Ag電極的Ta/Ge2Sb2Te5/Ag和Ag/Ge2Sb2Te5/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器件,在Ge2Sb2Te5薄膜內(nèi)部發(fā)生Ag導電絲的形成和斷裂,導致器件的電阻變化,器件可實現(xiàn)穩(wěn)定的阻變開關(guān),RoFF/RoN可基本保持在50倍以上,且構(gòu)建了基于電化學金屬化反應的憶阻模型。 其次,實驗發(fā)現(xiàn)AgsIn5Sb60Te30薄膜在非晶態(tài)下能夠展現(xiàn)出良好的憶阻特性,構(gòu)建了基于本征的空間電荷限制導電效應和非本征的電化學金屬化反應兩種憶阻機制的Ag5Iln5Sb60Te30憶阻模型。在由空間電荷限制導電效應和電化學金屬化反應共同作用的Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器中,可以實現(xiàn)穩(wěn)定的電阻漸變調(diào)控,精確地對器件電阻進行調(diào)制。此外在Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器中,可同時實現(xiàn)雙極性和單極性的電阻漸變調(diào)制,但雙極性的電阻調(diào)控所需的脈沖能量比單極性調(diào)控更小功耗更低。 最后,我們研究了晶態(tài)Sb2Te3薄膜的憶阻特性,提出其阻變行為與薄膜內(nèi)的帶電缺陷有關(guān)。在高阻態(tài)下,由于普爾—法蘭克發(fā)射效應,器件電阻隨外加電壓升高而降低；而當外加電壓足夠大時,Sb2Te3薄膜內(nèi)的帶電缺陷可發(fā)生移動,導致器件電阻的進一步突變。當在器件一側(cè)使用活性的Ag電極時,Ag原子退火后會擴散進入Sb2Te3材料,與Te原子結(jié)合,在電極/功能層界面附近造成更多的帶電缺陷；通過施加合適的脈沖序列,可在Ag/Sb2Te3/Ta憶阻器中同時實現(xiàn)開關(guān)切換和電阻漸變調(diào)制兩種特性。 實驗發(fā)現(xiàn)Ge2Sb2Te5、Ag5In5Sb6oTe3o、Sb2Te3三種碲基硫系化合物均可作為憶阻器件的憶阻材料,其憶阻特性和憶阻機制各不相同。其中使用Ag電極的Ge2Sb2Te5'憶阻器具有最好的開關(guān)特性,最適合用于數(shù)字應用領(lǐng)域的非易失性存儲器和邏輯運算；Ag5InsSb60Te30憶阻器則具有最佳的電阻漸變調(diào)控特性,有望用于多值存儲和一些模擬應用領(lǐng)域,如模擬神經(jīng)元突觸功能等；Sb2Te3憶阻器同時具備較為穩(wěn)定的開關(guān)特性和電阻漸變調(diào)制特性。
[Abstract]:Since the implementation of the experiment in 2008, the memristor has attracted wide attention from researchers around the world. The memristor can memorize its charge, and therefore has a broad application prospect in the fields of non-volatile storage, logic operation, neural network and programmable circuits. However, the research of memristor is still in its infancy, in materials, Device structure, memristor mechanism and device resistance regulation still need to be further studied.
In this paper, three kinds of tellurium based sulfur compounds of Ge2Sb2Te5, Ag5In5Sb6oTe3o, Sb2Te3 are studied. The memristor devices are prepared. The characteristics of the memristor characteristics of several different materials are studied. The memristor mechanism is proposed. The device improvement, the characteristic modulation method and the possible application of the tellurium based sulfur compound memristor are discussed. The work and conclusions are as follows:
First, we studied the memory resistance characteristics of Ge2Sb2Te5 films with Sb atom content not exceeding the stoichiometric ratio. Two kinds of Ge2Sb2Te5'memristors were prepared. One is an TiW/Ge2Sb2Te5/TiW structure recristor based on an inactive electrode. The range of high and low resistance varies within 1 orders of magnitude, but the device resistance can be multistage continuous modulation. A memristor model based on space charge limiting electrical conductivity is constructed, and the other is Ta/Ge2Sb2Te5/Ag and Ag/Ge2Sb2Te5/Ag structure recalling devices using active Ag electrodes. The formation and fracture of Ag conductive wire in the Ge2Sb2Te5 film can lead to the change of the resistance of the device. The device can achieve a stable resistive switch, and RoFF/RoN can be maintained basically. More than 50 times, a memristor model based on electrochemical metallization was built.
Secondly, it is found that the AgsIn5Sb60Te30 film can exhibit good memristor characteristics under the amorphous state. The Ag5Iln5Sb60Te30 memristor model of two kinds of memristor mechanisms based on the intrinsic space charge limiting conductivity and the non intrinsic electrochemical metallization is constructed. In the same Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag structure memristor, a stable resistance gradient regulation can be achieved and the device resistance can be modulated accurately. In addition, the resistance gradient modulation of bipolar and unipolar can be realized simultaneously in the Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag structure memristor, but the pulse energy required for the bipolar resistance regulation is more than the single polarity modulation. Control smaller power consumption is lower.
Finally, we study the memristor characteristics of the crystalline Sb2Te3 film, and propose that the resistance change is related to the charged defect in the thin film. Under the high resistance state, the device resistance decreases with the increase of the applied voltage, and when the applied voltage is large enough, the charged defect in the Sb2Te3 film can be moved, leading to the device. Further mutation of resistance. When the active Ag electrode is used on the side of the device, the Ag atom will spread into the Sb2Te3 material after annealing and combine with the Te atom to cause more charged defects near the interface of the electrode / functional layer. The switch switch and the resistance gradient can be realized in the Ag/Sb2Te3/Ta memristor by applying the appropriate pulse sequence. Two characteristics are modulated.
It is found that the three tellurium based sulfur compounds of Ge2Sb2Te5, Ag5In5Sb6oTe3o and Sb2Te3 can be used as memristors for memristor devices, and their recristor resistance and memristor mechanisms are different. The Ge2Sb2Te5'memristor using Ag electrode has the best switching characteristics, which is most suitable for non-volatile memory and logic operation in the field of digital use; A The g5InsSb60Te30 memristor has the best resistance gradient regulation and control characteristics. It is expected to be used in multi value storage and some analog applications, such as analog neuron synaptic function. The Sb2Te3 memristor has more stable switching characteristics and resistance gradient modulation characteristics.

【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM54

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 商立偉;劉明;涂德鈺;甄麗娟;劉舸;;單次可編程金屬-分子-金屬器件(英文)[J];半導體學報;2008年10期

2 蔡坤鵬;王睿;周濟;;第四種無源電子元件憶阻器的研究及應用進展[J];電子元件與材料;2010年04期

3 李叢飛;傅興華;李良榮;趙海臣;;RRAM的氧空位與金屬細絲機制SPM的比較[J];微納電子技術(shù);2014年01期

4 熊鈺林;潘元春;薩百晟;周健;孫志梅;;水溶液中電化學沉積GaSb相變存儲薄膜[J];電化學;2014年02期

5 康鵬;黃安平;賈林楠;胡琪;韓少奇;何建學;王玫;肖志松;;納米點調(diào)控氧化物憶阻器電導特性研究進展[J];微納電子技術(shù);2014年11期

6 李端;李少甫;;基于高速憶阻的超寬帶信號電路[J];固體電子學研究與進展;2014年06期

7 陳長軍;宗慶猛;蔣浩;周立偉;呂聯(lián)榮;;Cu/TiO_x/Al阻變存儲器激活過程的研究[J];光電子·激光;2015年03期

8 ;Advancements in organic nonvolatile memory devices[J];Chinese Science Bulletin;2011年30期

9 劉欣;姬濯宇;劉明;商立偉;李冬梅;代月花;;有機非揮發(fā)性存儲器的研究進展[J];科學通報;2011年27期

10 C.Rangasami;;Phase Homogeneity and Crystal Structure of Sb_(88)Te_(12) Synthesized by Melt-quench Method[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2013年04期

相關(guān)會議論文 前2條

1 蔡坤鵬;李勃;周濟;;第四種無源元件——憶阻器的概念、原理與應用[A];中國電子學會第十六屆電子元件學術(shù)年會論文集[C];2010年

2 朱玄;鄧明堂;張玉彬;易勛;楊學軍;;可用于存儲器的納米交叉桿設(shè)計方法研究[A];第15屆全國信息存儲技術(shù)學術(shù)會議論文集[C];2008年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 高立國;納米壓印在制備雙色發(fā)光圖案及負折射系數(shù)材料中的應用[D];吉林大學;2011年

2 謝宏偉;二元過渡金屬氧化物的阻變存儲器研究[D];蘭州大學;2013年

3 孫靜;鐵電薄膜器件的電學性能模擬及失效行為研究[D];湘潭大學;2012年

4 顏寧;相變存儲材料Ge_xTe_(1-x)非晶結(jié)構(gòu)的解析[D];湖南大學;2013年

5 張瑋;過渡金屬氧化物壓力行為和缺陷問題的第一性原理研究[D];南京師范大學;2013年

6 肖永光;鐵電場效應晶體管的保持性能與負電容效應研究[D];湘潭大學;2013年

7 王中強;金屬氧化物憶阻器件的制備及其阻變存儲、神經(jīng)突觸仿生研究[D];東北師范大學;2013年

8 于永強;硫化鋅納米帶的可控摻雜、半導體特性及其納米器件的研究[D];合肥工業(yè)大學;2013年

9 魏琳琳;過渡族金屬氧化物基阻變器件電阻轉(zhuǎn)變特性及其機理研究[D];武漢理工大學;2013年

10 蔡坤鵬;無機塊體憶阻器材料的制備、結(jié)構(gòu)及其電學性質(zhì)研究[D];清華大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 高晨;納米壓印結(jié)合定向淀積技術(shù)制備硅納米線傳感器研究[D];復旦大學;2011年

2 劉欣;有機阻變存儲器件制備及其性能研究[D];安徽大學;2011年

3 勵楠;微納米阻變存儲陣列的制備與機理研究[D];國防科學技術(shù)大學;2010年

4 劉剛;阻變存儲器電氣特性與外圍接口電路研究[D];國防科學技術(shù)大學;2010年

5 朱玄;基于納米交叉結(jié)構(gòu)的阻變存儲陣列與尋址部件研究[D];國防科學技術(shù)大學;2009年

6 段宗勝;基于憶阻器的濾波器設(shè)計與仿真[D];武漢科技大學;2012年

7 吳迪;憶阻器建模和蔡氏混沌電路的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2013年

8 康鑫;晶體結(jié)構(gòu)和界面修飾對TiO_2薄膜電致電阻效應的影響[D];河北師范大學;2013年

9 劉凱;過渡金屬氧化物阻變存儲器動態(tài)特性的蒙特卡洛仿真[D];天津理工大學;2013年

10 阮玉南（NGUYEN NGOC NAM）;基于憶阻器的混沌電路與邏輯運算[D];西南大學;2013年

，

本文編號：1803325