發(fā)布時間：2020-05-07 06:27

【摘要】：基于電荷存儲機制的Flash存儲器隨器件尺寸的縮小遇到嚴重的物理和技術(shù)的瓶頸,無法滿足信息技術(shù)迅速發(fā)展的需要,因此尋找一種高密度、非揮發(fā)性、低能耗的下一代新型存儲技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。許多新的非易失性存儲器件應(yīng)運而生,其中包括巨磁電阻存儲器、鐵電存儲器、聚合體存儲器和電阻存儲器。其中“阻變存儲器”(RRAM)的發(fā)展引人注目,它具有結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,功耗低,可快速讀寫,單個器件可縮小至數(shù)十納米等特點。在眾多的絕緣材料如二元氧化物、復(fù)雜鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物、硫化物以及有機材料中紛紛發(fā)現(xiàn)這種新奇的電阻開關(guān)效應(yīng)。為了揭示這種奇特效應(yīng)真正的機理,迄今許多科研工作已經(jīng)將主要精力集中在這一方面,然而至今還沒有哪一個理論模型能夠?qū)Υ爽F(xiàn)象作一個清析而完整的解釋,理論分析還相當(dāng)欠缺,仍然有大量的工作需要做。因此,能夠從基本物理理論去揭開電阻變化的神秘面紗是一項重要而有深刻意義的挑戰(zhàn)。 在本論文的研究工作中,作者使用脈沖激光沉積(PLD)制膜技術(shù)和超聲噴霧熱分解技術(shù)結(jié)合聚焦離子束刻蝕的技術(shù)制備了具有非揮發(fā)特性的Au/ SrTiO3-δ(STO)/Pt和Pt/STO/Pt、Ag/STO/Pt、Au/Fe2O3/FTO以及Ag/AIMO/Pt等結(jié)構(gòu)的雙極型和單極型開關(guān)單元,研究了各種結(jié)構(gòu)阻變開關(guān)的性能和不同的存儲機理。 主要工作如下： 1.采用脈沖激光沉積技術(shù)制備了Au/STO/Pt結(jié)構(gòu)的阻變存儲器件。在經(jīng)歷過不同極化方向Electroforming電壓操作之后,阻變器件均表現(xiàn)出了良好的開關(guān)性能,包括較低的閾值電壓、良好的抗疲勞特性和保持特性,但是它們的回線方向分別表現(xiàn)出順時針和逆時針方向,這說明了Electroforming對阻變器件內(nèi)部的缺陷分布產(chǎn)生了巨大的影響。同時,對阻變的存儲機理做了深入的分析,通過對電流-電壓曲線的擬合發(fā)現(xiàn),高阻態(tài)和低阻態(tài)分別對應(yīng)P-F機制和肖特基勢壘隧穿機制。基于此我們提出了一種體效應(yīng)和界面效應(yīng)結(jié)合的阻變模型,并對不同Electroforming電壓作用后器件的等效電路做了深入的分析。 2.制備了Ag/STO/Pt結(jié)構(gòu)的阻變存儲器件,并對其機制做了深入的分析,該阻變器件高電阻和低電阻態(tài)之間的電阻比值是103到104量級之間。器件的打開和關(guān)斷閾值電壓分別為0.35V和-0.11V,阻變器件可以寫入和擦出的循環(huán)次數(shù)超過2×104次,高低阻態(tài)的電阻可以保持8×106秒以上而電阻沒有發(fā)生明顯變化。為了得到基于Ag/STO/Pt結(jié)構(gòu)的阻變器件的存儲機制,我們結(jié)合FIB技術(shù)制備了基于固體電解質(zhì)的Ag/AIMO/Pt的阻變器件,得出基于固體電解質(zhì)的阻變的主要特征,這和Ag/STO/Pt結(jié)構(gòu)器件的特征類似,結(jié)合X射線光電子能譜結(jié)果和高低阻態(tài)電阻的溫度依賴性,將Ag/STO/Pt結(jié)構(gòu)的阻變器件機制歸結(jié)為納米金屬Ag的Filament的形成與斷開。 3.制備了基于非晶STO薄膜的單極型阻變開關(guān),阻變性能是用脈沖電壓誘發(fā)的。阻變開關(guān)的打開和關(guān)閉閾值電壓主要集中在0.8～1.5 V和2.5～3.5 V范圍內(nèi)。阻變器件具有良好可以寫入和擦出的循環(huán)次數(shù)超過90次以上,高低阻態(tài)的電阻可以保持1.4×104秒以上而電阻沒有發(fā)生明顯的變化。器件高阻態(tài)和低阻態(tài)的導(dǎo)電機制分別為體效應(yīng)的Poole-Frenkel發(fā)射機制和焦耳熱。當(dāng)?shù)妥钁B(tài)電阻RLRco如(約6.2Ω),導(dǎo)電通道Filament應(yīng)該是單連的方式。當(dāng)?shù)妥钁B(tài)電阻RLRco(約6.2Ω),導(dǎo)電通道Filament應(yīng)該是多重連接方式。阻變開關(guān)器件“關(guān)閉”操作所需的功率PR隨著器件的限制電流和電極面積的增大而增大,但是和低阻態(tài)電阻之間關(guān)系可以擬合成PR∝RL-γ。 4.研究了采用超聲噴霧熱分解法在F摻雜SnO2的玻璃襯底上制備的α-Fe2O3薄膜,發(fā)現(xiàn)在Electroforming操作前后有兩種不同的雙極阻變開關(guān)機制。在Electroforming操作之前,阻變器件的高阻態(tài)的導(dǎo)電機制為肖特基發(fā)射,Electroforming操作之后,阻變器件的高阻態(tài)的導(dǎo)電機制為空間電荷限制電流。這兩種阻變效應(yīng)分別來自界面效應(yīng)和體效應(yīng)。對兩種不同的阻變模式的保持特性做了對比研究,發(fā)現(xiàn)其保持特性與勢阱能級的深淺和缺陷分布的“有序”性有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP333

【共引文獻】

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本文編號：2652572