【摘要】：當(dāng)今社會(huì),人們對(duì)高速度、高密度和非揮發(fā)性的新型高性能存儲(chǔ)器的需求越發(fā)強(qiáng)烈。目前使用的閃存已經(jīng)接近物理和技術(shù)極限,下一代新型存儲(chǔ)器有鐵電存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器和阻變存儲(chǔ)器等。其中,鐵電存儲(chǔ)器已經(jīng)有商業(yè)應(yīng)用,但破壞性讀出、存儲(chǔ)密度難以大幅度提高使其難以大規(guī)模量產(chǎn)。作為非揮發(fā)存儲(chǔ)器的重要候選者-阻變存儲(chǔ)器,電阻存儲(chǔ)所需面積較小而容易實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ),并且具有低功耗、高速和非破壞性讀出等優(yōu)勢(shì)。但是,一般金屬氧化物阻變現(xiàn)象的兩種主要微觀機(jī)制中都牽涉到材料的缺陷運(yùn)動(dòng)和化學(xué)變化,這將引起可靠性如數(shù)據(jù)保持和疲勞的問題。近年來,研究人員發(fā)現(xiàn)鐵電極化翻轉(zhuǎn)也伴隨有高低電導(dǎo)的變化,這種基于極化翻轉(zhuǎn)的鐵電阻變效應(yīng)尤其受人青睞,因?yàn)闃O化翻轉(zhuǎn)不會(huì)導(dǎo)致化學(xué)變化,并且小電壓下的電阻讀出具有非破壞性而無需恢復(fù)電路和降低了能耗,具有超高開關(guān)速度和高開關(guān)比,容易實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ),有望成為下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)材料。我們采用濺射技術(shù)和激光脈沖沉積技術(shù)在摻雜濃度0.7%wt的單晶Nb:SrTiO_3襯底上成功制作出了Au/Nb:SrTiO_3/In和Au/BaTiO_3/Nb:SrTiO_3/In器件,并通過X射線衍射儀,原子力顯微鏡等設(shè)備對(duì)BTO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了初步表征,使用Keithley 2400型數(shù)字源表,阻抗分析儀Aglient 4294A,Aglient 33250函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,示波器等儀器對(duì)器件的電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)在兩種器件中有很多有趣的現(xiàn)象,例如都具有大的開/關(guān)比、雙極電阻開關(guān)和連續(xù)可調(diào)的電阻狀態(tài)等,我們著重對(duì)其中的不對(duì)稱電阻現(xiàn)象進(jìn)行了研究和分析。一般來說,基于電子作用的電阻轉(zhuǎn)換應(yīng)該比基于離子作用~([14])的要快得多。在特定的設(shè)備上,設(shè)置的速度(高阻態(tài)到低阻態(tài)轉(zhuǎn)換)和復(fù)位速度(低電阻狀態(tài)到高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)換)的操作是類似的。然而,在我們的Au/Nb:SrTiO_3異質(zhì)結(jié)中發(fā)現(xiàn)了不對(duì)稱電阻開關(guān)效應(yīng),設(shè)置和復(fù)位時(shí)間分別為10 ns(+5 V)和100μs(-5 V)。于是,提出了一種電子俘獲/去俘獲結(jié)合氧氣空位遷移的模型來理解電阻開關(guān)速度的差異,由于電子捕獲/去俘獲的過程比氧空位的漂移要快得多,因此所以由正偏壓產(chǎn)生的SET轉(zhuǎn)換(HRS到LRS)比負(fù)偏壓引起的RESET轉(zhuǎn)換(HRS到LRS)要快得多。而在BaTiO_3/Nb:SrTiO_3肖特基結(jié)中同樣觀察到不對(duì)稱的電阻開關(guān)效應(yīng)。具體的說,是+8 V偏壓下的從高阻態(tài)到低電阻狀態(tài)的SET切換時(shí)間為10 ns,而-8 V偏壓下從低電阻狀態(tài)到高阻態(tài)的RESET開關(guān)時(shí)間為10~5 ns。由在BaTiO_3/Nb:SrTiO_3界面中的被電子和氧空位屏蔽的鐵電束縛電荷分別在正、負(fù)偏壓中起著重要的作用。電子的屏蔽進(jìn)程比氧空位的快得多,因此由正偏壓引起的SET轉(zhuǎn)換(HRS到LRS)比由負(fù)偏壓引起的RESET(LRS到HRS)轉(zhuǎn)換快得多。此外,這種開關(guān)具有快速的SET轉(zhuǎn)換和慢的RESET轉(zhuǎn)換,在某些特殊的區(qū)域可能有潛在的應(yīng)用。
【圖文】：

圖 2-1 阻變式存儲(chǔ)器的交叉結(jié)構(gòu)興的存儲(chǔ)器可以在較低的溫度下制作在線后端（BEOL），這樣可件集成并在 3D 中堆疊[4]。由于所有這些原因，電阻式存儲(chǔ)器不常有前景，而且對(duì)計(jì)算存儲(chǔ)器也很有前途，，允許快速數(shù)據(jù)存取以并且計(jì)算架構(gòu)模糊了存儲(chǔ)器和計(jì)算電路之間的區(qū)別，例如 作為非或神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)[7]。存儲(chǔ)器技術(shù)中，由于其良好的循環(huán)耐久性[8]，中等高速[9]，易于，RRAM 是最有前途的器件之一。 RRAM 對(duì)抗 PCM 和 STTRA其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是在兩層或多層金屬層之間插入絕緣層。此外， 中的電流消耗非常低，而 PCM 和 STTRAM 中的編程電流與器味著其幾乎不能降至 10 μA 以下。鑒于這種強(qiáng)大的潛力，與 D電容器（1T1C）結(jié)構(gòu)類似，已經(jīng)提出了使用單晶體管/單電阻器模（> 1GB）RRAM 原型，和 crossbar 體系結(jié)構(gòu)[11]。RRAM 還被

少兩個(gè)不同的電阻狀態(tài)之間進(jìn)行電切換之前，通常需要初始的電鑄循環(huán)。 圖 2-2（a）示出了雙極 RRAM 單元在（例如三角或正弦）電壓激勵(lì)時(shí)的電流響應(yīng)的實(shí)例，示出了在原點(diǎn)處被鉗位的典型滯后 I-V 環(huán)。 圖 2-2（b）顯示了相應(yīng)的 R-V 曲線。圖 2-2（a）RRAM 單元激勵(lì)電流對(duì)電壓的響應(yīng)的示意圖（b）I-V 曲線被轉(zhuǎn)換為電電壓（R-V）曲線中產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)特的電阻狀態(tài)是電阻式存儲(chǔ)器（RRAM）的基本特性，即高電阻狀態(tài)（HRS）和低電阻狀態(tài)（LRS），可通過向電池施加電流或擬合電壓從一個(gè)切換到另一個(gè)�；� RRAM 的非易失性存儲(chǔ)器（NVM）的性能得到了 HRS 和 LRS 之間電氣支配的電阻開關(guān)（RS）的認(rèn)可。RS 行為可以簡(jiǎn)單地分為兩種類型：?jiǎn)螛O性和雙極性，分別表示不同的電流 - 電壓（I-V）出現(xiàn)，分別如圖 2-3（a，b）所示[22]。
【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)】：TP333;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 吳華強(qiáng);吳明昊;李辛毅;白越;鄧寧;余志平;錢鶴;;Asymmetric resistive switching processes in W:AlO_x/WO_y bilayer devices[J];Chinese Physics B;2015年05期

2 高國(guó)棉;陳長(zhǎng)樂;陳釗;李譚;王永倉;金克新;趙省貴;;脈沖激光沉積(PLD)的研究動(dòng)態(tài)與新發(fā)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2005年02期

3 陳傳忠,包全合,姚書山,雷廷權(quán);脈沖激光沉積技術(shù)及其應(yīng)用[J];激光技術(shù);2003年05期

4 戢明,宋全勝,曾曉雁;脈沖激光沉積(PLD)薄膜技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J];真空科學(xué)與技術(shù);2003年01期

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2 楊光;鈦酸鋇薄膜的阻變開關(guān)現(xiàn)象和負(fù)微分電阻現(xiàn)象的研究[D];河南大學(xué);2014年

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4 馮超;藍(lán)寶石襯底上高質(zhì)量AlN材料生長(zhǎng)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：2673854