發(fā)布時(shí)間：2020-06-21 08:34

【摘要】：盡管在1971年蔡少棠就已經(jīng)提出了憶阻器的概念,但國(guó)外對(duì)于憶阻器研究的熱潮始于2008年惠普公司基于TiO_2材料的報(bào)道。我國(guó)學(xué)術(shù)界于2010年第一次在正式場(chǎng)合引介憶阻器,雖然只是一次介紹性匯報(bào),但卻激發(fā)國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界對(duì)憶阻器研究的興趣。2009年,只有一篇碩士學(xué)術(shù)論文專門針對(duì)憶阻器進(jìn)行介紹,但是到了2012年,這一數(shù)字增加到了11。憶阻器具有長(zhǎng)壽命、低功耗和高存儲(chǔ)密度等優(yōu)點(diǎn),憶阻器件的電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)在數(shù)字邏輯電路、模擬電路和神經(jīng)工程等方面均具有重要的應(yīng)用前景。鈦酸鍶的電阻開(kāi)關(guān)現(xiàn)象具有極高穩(wěn)定性,較快響應(yīng)時(shí)間、斷電后仍可以保持?jǐn)嚯娗盃顟B(tài)及用于多級(jí)存儲(chǔ)的潛力,是具有應(yīng)用潛力的憶阻器候選材料。但是,關(guān)于電致阻變的原因目前存在多種解釋,甚至對(duì)于相同材料的阻變解釋也無(wú)法統(tǒng)一。因此對(duì)阻變機(jī)制的探究是一項(xiàng)非常重要的課題。本文選用SrTiO_3(STO)為研究對(duì)象,通過(guò)鈮(Nb)、釹(Nd)、鑭(La)和鐵(Fe)的摻雜調(diào)控,探究摻雜產(chǎn)生的缺陷對(duì)材料阻變性能的影響。本文研究?jī)?nèi)容如下:1、通過(guò)Nb摻雜調(diào)控,探究摻雜產(chǎn)生的缺陷對(duì)材料阻變性能的影響。選用0.05wt%NbSTO和0.7wt%NbSTO單晶作為研究對(duì)象。通過(guò)對(duì)單晶進(jìn)行XRD、拉曼、霍爾、XPS和EPR等表征,發(fā)現(xiàn)摻雜濃度會(huì)對(duì)單晶表面缺陷產(chǎn)生影響�；魻枩y(cè)試得到0.05wt%NbSTO和0.7wt%NbSTO單晶的載流子濃度分別為1.36×10~(18)cm~(-3)和1.06×10~(20)cm~(-3)。XPS和EPR發(fā)現(xiàn)單晶內(nèi)有氧空位的存在。此外,當(dāng)NbSTO鍍Pt電極后,其EPR信號(hào)明顯增強(qiáng),表明Pt/NbSTO界面處EPR活性中心增多�？昭ㄖ行膸д�,其可作為電子俘獲中心。在對(duì)單晶表征后,制備Pt/NbSTO/In結(jié)構(gòu)器件。我們通過(guò)I-V測(cè)試和R-V測(cè)試發(fā)現(xiàn)摻雜濃度對(duì)器件電學(xué)性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大影響。特別是Pt/0.05wt%NbSTO/In器件的R-V曲線與Pt/0.7wt%NbSTO/In器件的R-V曲線具有明顯差異。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果我們對(duì)其內(nèi)部阻變機(jī)制進(jìn)行探究和分析后,認(rèn)為阻變?cè)从陔娮拥姆@與去俘獲過(guò)程,氧空位是電子俘獲中心,并結(jié)合測(cè)試結(jié)果闡述了基本的物理變化過(guò)程。2、通過(guò)La和Nd的摻雜調(diào)控,探究材料的阻變性能。選用LaSTO和NdSTO單晶作為研究對(duì)象。我們對(duì)Pt/LaSTO器件進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試,發(fā)現(xiàn)器件具有電致阻變現(xiàn)象。對(duì)比LaSTO單晶與NbSTO單晶的EPR測(cè)試結(jié)果并結(jié)合I-V擬合分析,我們認(rèn)為Pt/LaSTO器件的阻變機(jī)制與Pt/NbSTO相同,均源于界面勢(shì)壘的改變。此外,在對(duì)Pt/NdSTO/In器件負(fù)電壓區(qū)域I-V測(cè)試的同時(shí),改變脈沖電壓大小和脈沖電壓時(shí)間,可以實(shí)現(xiàn)一系列的中間態(tài),因此調(diào)整寫入脈沖值和脈沖時(shí)間均可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)存儲(chǔ)。3、無(wú)論是NbSTO、NdSTO還是LaSTO單晶,它們均為N型半導(dǎo)體。因此本文還考慮改變STO摻雜類型,選用P型半導(dǎo)體進(jìn)行研究。我們使用PLD技術(shù)在NbSTO單晶上生長(zhǎng)FeSTO薄膜。制備出Pt/FeSTO/0.7wt%NbSTO/In器件和Pt/FeSTO/0.05wt%NbSTO/In器件。AFM表征結(jié)果可知薄膜質(zhì)量較好,I-V測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)器件存在阻變存儲(chǔ)性能,C-V測(cè)試結(jié)果表明器件存在帶正電的界面缺陷態(tài),缺陷態(tài)的充放電致使界面耗盡層改變。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN60
【圖文】：

圖 1-1 STO 結(jié)構(gòu)示意圖[6]不同金屬元素對(duì)STO進(jìn)行摻雜，可以得到P或N兩種不同雜元素的價(jià)位與替換元素的價(jià)位不同，當(dāng)摻雜元素價(jià)位高 N 型半導(dǎo)體。例如，通過(guò)摻雜 Nb 可以得到 N 型半導(dǎo)體。i4+，在替換過(guò)程中引入了電子，因此 Nb 摻雜屬于施主摻雜后形成 N 型半導(dǎo)體。通過(guò)摻雜 La 也可以得到 N 型半導(dǎo)過(guò)程中，La3+替換了 Sr2+，同樣也是引入電子，因此類似后可形成 N 型半導(dǎo)體[7]。理，向 STO 摻雜低價(jià)位的金屬時(shí)，就會(huì)形成 P 型半導(dǎo)體。導(dǎo)體[8]。 材料研究現(xiàn)狀種理想的鈣鈦礦型氧化物，通過(guò)對(duì)其外部參數(shù)的控制，可

線照射[11],氬離子轟擊[12]以及熱處理[13]。這些方法電阻的影響分為兩類：一類當(dāng)氧空位在電極界面積化，從而引起阻態(tài)的變化[14,15]；另一類是由氧空位其電阻會(huì)隨著細(xì)絲的導(dǎo)通或斷裂隨之變小或變大[內(nèi)以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)。因此，STO 由于其具有電材料。在 STO 材料中，可以通過(guò)外加電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)制的“1”和“0”。從高阻態(tài)（HRS）到低阻態(tài)（程。而從低阻態(tài)（LRS）到高阻態(tài)（HRS）的過(guò)程被件，需要設(shè)置限制電流以保護(hù)器件不會(huì)被擊穿。電阻開(kāi)關(guān)分為單極性和雙極性。當(dāng)阻態(tài)只隨脈沖電型電阻開(kāi)關(guān)。當(dāng)阻態(tài)隨脈沖電壓大小和方向共同作關(guān)[18]。圖 1-2（a）為單極型電阻開(kāi)關(guān)示意圖，圖

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本文編號(hào)：2723817