【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,信息化時(shí)代得到了全面的普及和發(fā)展,人們對(duì)存儲(chǔ)器件高性能和小型化(包括高穩(wěn)定性、低功耗和多種功能等)的要求越來越高,這就需要研制同時(shí)具有多種功能和特性的新材料和新器件。目前常見的存儲(chǔ)器類型主要包括非易失性存儲(chǔ)器和易失性存儲(chǔ)器兩類。非易失性存儲(chǔ)器由于具有易讀取、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)和高穩(wěn)定性等特點(diǎn),迎合信息化時(shí)代的人們對(duì)存儲(chǔ)器的高要求性,深受研究者們和技術(shù)公司的青睞。易失性存儲(chǔ)器由于只能滿足人們對(duì)信息短暫存儲(chǔ)的需求而被研究人員所忽略。相變存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器和阻變存儲(chǔ)器等都是常見的非易失性存儲(chǔ)器。相變存儲(chǔ)器指相變材料在相變轉(zhuǎn)換時(shí),利用電學(xué)性質(zhì)的不同進(jìn)行信息存儲(chǔ);鐵電存儲(chǔ)器指鐵電材料發(fā)生自發(fā)極化時(shí),利用不同剩余極化狀態(tài)進(jìn)行信息存儲(chǔ);磁存儲(chǔ)器指利用表面磁介質(zhì)作為記錄信息的存儲(chǔ)器;阻變存儲(chǔ)器指特定材料的電阻在不同阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)換而構(gòu)成存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)器。阻變存儲(chǔ)器由于具有讀取速度快、存儲(chǔ)密度大、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、低功耗和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等主要特點(diǎn),已被看為下一代非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器的候選者。研究者們?cè)谠S多過渡金屬氧化物、有機(jī)物和鈣鈦礦氧化物等材料中均發(fā)現(xiàn)電阻開關(guān)特性的存在。由于電阻開關(guān)特性內(nèi)容的豐富多樣導(dǎo)致對(duì)其機(jī)理的解釋也參差不齊,因此對(duì)電阻開關(guān)的進(jìn)一步研究對(duì)其機(jī)理的解釋顯得尤為重要。碳(Carbon)作為第Ⅳ主族元素和常見的非金屬材料,因其具有良好的導(dǎo)電性、較高的穩(wěn)定性、耐高溫、質(zhì)地較軟、較好的光滑度和層狀物質(zhì)等重要特性而受到人們的廣泛關(guān)注。碳不像BaTiO_3、BiFeO_3等鈣鈦礦氧化物具有鐵電性和磁性等物理性質(zhì),但在阻變存儲(chǔ)器等非易失性存儲(chǔ)器中仍然有著很大的研究意義。過去幾年對(duì)碳進(jìn)行研究的文章屢見不鮮,包括碳納米管、單層石墨烯和C_(60)等,其中關(guān)于石墨烯的研究和應(yīng)用獲得2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。本論文簡(jiǎn)要的介紹了Carbon的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及在電阻開關(guān)方面的實(shí)際應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上研究了含Carbon多層納米薄膜器件的電阻開關(guān)特性,詳細(xì)的闡述了樣品的制備流程、結(jié)構(gòu)表征、電學(xué)性質(zhì)的測(cè)量和相關(guān)物理現(xiàn)象的機(jī)理解釋,主要內(nèi)容如下:(1)簡(jiǎn)要的介紹了Carbon的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、研究進(jìn)展和應(yīng)用前景,詳細(xì)的闡述了非易失性存儲(chǔ)器及其分類、電阻開關(guān)的分類和解釋機(jī)理。(2)實(shí)驗(yàn)采用磁控濺射鍍膜設(shè)備在N型不導(dǎo)電Si上制備出C/BaTiO_3/ZnO納米薄膜,利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)樣品橫截面厚度進(jìn)行了表征,應(yīng)用Keithley 2400對(duì)樣品的Ⅰ-Ⅴ曲線進(jìn)行了測(cè)量。同時(shí)進(jìn)一步研究了白光照射對(duì)樣品電阻開關(guān)特性的調(diào)控作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:樣品的Ⅰ-Ⅴ曲線有明顯的雙極性電阻開關(guān)特性的存在,樣品的電導(dǎo)率隨光照強(qiáng)度的增加在逐漸升高,樣品的Ⅰ-Ⅴ曲線無論在黑暗還是光照下均存在較高的穩(wěn)定性。我們采用氧空位或缺陷對(duì)電荷的捕獲和釋放作用對(duì)樣品的這些物理現(xiàn)象做出了合理的解釋。(3)實(shí)驗(yàn)采用上述實(shí)驗(yàn)的鍍膜設(shè)備制備出C/BaTiO_3/ZnO/BaTiO_3樣品,同時(shí)利用SEM和Keithley 2400分別對(duì)樣品的橫截面厚度和Ⅰ-Ⅴ曲線進(jìn)行了表征與測(cè)量。樣品的Ⅰ-Ⅴ曲線表現(xiàn)出明顯的單極性電阻開關(guān)特性。同時(shí)進(jìn)一步研究了白光照射對(duì)樣品Ⅰ-Ⅴ曲線的調(diào)控作用。研究結(jié)果表明:樣品的電導(dǎo)率隨光照強(qiáng)度的增加在逐漸升高,樣品的Ⅰ-Ⅴ曲線在光照條件下的穩(wěn)定性高于黑暗條件下的穩(wěn)定性。我們采用氧空位或空穴對(duì)電荷的捕獲和釋放作用以及焦耳熱的影響對(duì)樣品的這些物理現(xiàn)象做出了合理的解釋。(4)實(shí)驗(yàn)采用上述實(shí)驗(yàn)的鍍膜設(shè)備在N型不導(dǎo)電Si上制備出C/ZnO樣品,同時(shí)采用SEM和Keithley 2400分別對(duì)樣品的橫截面厚度和Ⅰ-Ⅴ曲線進(jìn)行了表征與測(cè)量。樣品的Ⅰ-Ⅴ曲線表現(xiàn)出明顯的滯后效應(yīng)。同時(shí)進(jìn)一步研究了白光照射對(duì)樣品Ⅰ-Ⅴ曲線的調(diào)控作用。研究結(jié)果表明:樣品的電導(dǎo)率隨光照強(qiáng)度的增加在逐漸降低,表現(xiàn)出“負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)”,樣品的Ⅰ-Ⅴ曲線在黑暗條件下具有較高的穩(wěn)定性。我們采用C與ZnO界面之間形成的電容存儲(chǔ)電荷機(jī)理以及ZnO材料的表面效應(yīng)對(duì)樣品的這些物理現(xiàn)象做出了合理的解釋。
【圖文】：

這一過程同時(shí)伴隨著電極化強(qiáng)度的產(chǎn)生。隨著外電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，電極化強(qiáng)度呈非線性曲線上升，如圖1-1 中的步驟“1”所示。當(dāng)外電場(chǎng)增加到某一強(qiáng)度時(shí)，各個(gè)電疇的電極化強(qiáng)度方向幾乎和外電場(chǎng)方向一致，電極化強(qiáng)度的大小趨于穩(wěn)定值 Ps（SaturationPolarization），即鐵電材料達(dá)到飽和極化強(qiáng)度 Ps，此時(shí)外電場(chǎng)的大小稱為飽和電場(chǎng)。鐵電材料達(dá)到飽和極化強(qiáng)度后，電極化強(qiáng)度隨外電場(chǎng)強(qiáng)度的減小而下降，電滯回線沿曲線“2”返回。當(dāng)外電場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，鐵電材料的電極化強(qiáng)度大小并不為零，此時(shí)的電極化強(qiáng)度大小稱為剩余極化強(qiáng)度 Pr（Remanent Polarization）。隨著外電場(chǎng)強(qiáng)度的反向增加，鐵電材料的電極化強(qiáng)度將會(huì)持續(xù)減小到零，此時(shí)的外電場(chǎng)強(qiáng)度大小稱矯頑電場(chǎng)-Ec（Coercive Electric）。當(dāng)反方向外電場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)增加時(shí)，鐵電材料的電滯回線將再次達(dá)到飽和極化強(qiáng)度狀態(tài)。此后，隨著反向外電場(chǎng)強(qiáng)度的降低，鐵電材料的電滯回線沿“4”曲線返回。當(dāng)外電場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，鐵電材料的電滯回線將再次達(dá)到剩余極化強(qiáng)度-Pr 態(tài)。如果再次施加正方向的外電場(chǎng)到矯頑電場(chǎng)+Ec 時(shí)

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文進(jìn)行編碼存儲(chǔ)。無外電場(chǎng)作用時(shí)，用“+Pr”和“-P態(tài)。當(dāng)外電場(chǎng)強(qiáng)度大于矯頑電場(chǎng) Ec 時(shí)，，鐵電材料的對(duì)鐵電材料來講，撤去外電場(chǎng)作用后的電疇內(nèi)部的電保持電極化狀態(tài)。這一特征將會(huì)導(dǎo)致鐵電存儲(chǔ)器在不實(shí)現(xiàn)對(duì)寫入其中數(shù)據(jù)的保存功能，從而形成一種非極化方向之間的切換能力為非易失性鐵電存儲(chǔ)器提器的工作溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀诓牧系木永餃囟�，否則會(huì)引起機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)儲(chǔ)器（MRAM）的基本原理是利用磁性材料的雙穩(wěn)息進(jìn)行存儲(chǔ)與讀取。磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器的基本構(gòu)造單
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2591103