發(fā)布時間：2020-03-26 02:06

【摘要】：非易失性隨機阻變存儲器具有阻變切換速度快、易于構(gòu)建、低能耗等優(yōu)越的性能,最有望成為下一代新穎的信息存儲器。阻變存儲器是利用在外部激勵的作用下器件高阻態(tài)與低阻態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換的特點,實現(xiàn)信息的存儲與讀取。根據(jù)文獻報道,氧空位遷移是引起阻態(tài)轉(zhuǎn)變最主要的原因之一。然而,氧空位主導的阻變機理仍存在爭議�？瘴贿w移、空位形成導電絲以及空位對電子的俘獲等作用機理仍相互交錯,激勵條件尚未明確,延緩了缺陷主導的憶阻器的發(fā)展。傳統(tǒng)的薄膜型憶阻器具有較強的晶面散射,掩蓋了氧空位的作用機理。因而本文基于六方三氧化鎢納米線構(gòu)建了一維阻變存儲器,通過改變氧空位濃度探究了空位主導的阻態(tài)轉(zhuǎn)變機理。具體研究成果如下:1.利用水熱法實現(xiàn)了h-WO_3納米線的可控制備。通過調(diào)控反應溫度、反應時間、反應物化學計量比以及誘導劑種類,實現(xiàn)了納米線直徑、長度的有效調(diào)控,獲得了單分散性好,直徑約為70-500 nm、長度約為2-15μm,表面光滑、沿c軸方向生長、結(jié)晶性較高的、含有少量空位的六方晶相納米線。2.通過控制氧化/還原溫度與時間,實現(xiàn)了納米線中氧空位濃度的調(diào)控。當氧化/還原溫度由室溫升高至673K、時間為40min時,在納米線保持良好形貌與較高結(jié)晶性的同時實現(xiàn)了內(nèi)部氧空位濃度(1.38%-14.27%)的有效調(diào)控。同時實驗發(fā)現(xiàn)氧化/還原過程中氧原子的填充/缺失主要發(fā)生在沿徑向/軸向的O-W-O鏈中。沿軸向大量氧原子的缺失增加了晶格的無序度,導致費米能級附近產(chǎn)生新的指數(shù)分布的缺陷能級;隨空位濃度增加,缺陷能級逐漸上移,并與導帶底重疊形成安德森局域。3.通過分析I-V特性曲線,進一步闡明了氧空位在憶阻性能中的作用機理。在低氧空位濃度下,憶阻器由低阻態(tài)開啟呈現(xiàn)出雙極性特性,I-V曲線擬合結(jié)果也表明該導電機制由SCLC機制主導。然而,在高缺陷濃度下,缺陷導致晶格的強無序誘發(fā)安德森局域,抑制了載流子的遷移,導致電導明顯下降,憶阻器轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)開啟并呈現(xiàn)出單極性特性。在大偏壓掃描或連續(xù)重復負向脈沖的刺激下,氧空位定向遷移降低了晶格無序,安德森局域退化,導電機制轉(zhuǎn)變?yōu)槿毕菽芗墰Q定的SCLC機制,憶阻器恢復雙極性特性,出現(xiàn)NDC現(xiàn)象。實驗表明,通過改變氧空位濃度可以實現(xiàn)憶阻器極性的轉(zhuǎn)變,有利于多級存儲器的構(gòu)建。同時,通過大偏壓作用或重復脈沖刺激可誘導氧空位俘獲效應與氧空位遷移機理的相互轉(zhuǎn)變,加深了氧空位阻變機理的理解,有利于憶阻器的發(fā)展。
【圖文】：

四個基本物理量關(guān)系及確定的電路元件

圖 1-2（a）數(shù)字型單極性憶阻器；（b）模擬型雙極性憶阻器。此外，憶阻器根據(jù)是否具有確定的開啟電壓可將憶阻器分為數(shù)字型憶阻器和模擬型憶阻器。數(shù)字型憶阻器具有快速的開啟電位，，而模擬型憶阻器中電阻的轉(zhuǎn)換是漸變的。2.憶阻器的構(gòu)建憶阻器從被提出到成功構(gòu)建經(jīng)歷了漫長的過程，2003 年美國加州大學洛杉磯分校實驗室制備了 8 × 8 的交叉納米線陣列，在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)建垂直結(jié)構(gòu)憶阻器件的實驗模型，如圖 1-3 所示。遺憾的是當時交叉納米線陣列構(gòu)建的器件沒有表現(xiàn)出憶阻性能[21]。
【學位授予單位】：湖南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1;TQ136.13;TP333

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本文編號：2600786