開(kāi)發(fā)高速度、高密度、低功耗、非易失型的新型信息存儲(chǔ)器已經(jīng)成為信息存儲(chǔ)領(lǐng)域主要研究方向�；陔娮栝_(kāi)關(guān)效應(yīng)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器以其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能引起了廣泛的關(guān)注。然而大多數(shù)電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)發(fā)生在材料內(nèi)部，不易直接觀察，加上材料本征缺陷的影響，人們對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理還缺乏清晰的認(rèn)識(shí)。要實(shí)現(xiàn)電阻開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，必須理解其物理機(jī)制。近年來(lái)，在鈦酸鍶（STO）和摻鈮鈦酸鍶（NSTO）單晶表面均發(fā)現(xiàn)了電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)。單晶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺陷較少，表面過(guò)程易于觀察，使這個(gè)體系成為研究電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)機(jī)理的良好平臺(tái)。本論文以STO和NSTO表面為研究對(duì)象，以表面氧空位的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)為主線，研究了其表面電輸運(yùn)性質(zhì)和電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)的機(jī)理。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。 首先，對(duì)比研究了新制備的和退火處理的宏觀Au/NSTO異質(zhì)結(jié)的交直流電學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了宏觀Au/NSTO的不均勻性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，退火處理的樣品呈現(xiàn)出理想的IV和CV特性，沒(méi)有電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)。而新制備樣品的IV和CV曲線都存在巨大的回滯，表現(xiàn)出明顯的電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)。通過(guò)等效電路分析，利用退火樣品無(wú)回滯的CV數(shù)據(jù)，我們模擬了新制備樣品的CV測(cè)量過(guò)程。計(jì)算出回滯的CV曲線和實(shí)驗(yàn)曲線符合得很好。這些結(jié)果說(shuō)明宏觀樣品的CV回滯是過(guò)大的漏電流和不可忽略的串聯(lián)電阻造成的。在開(kāi)關(guān)過(guò)程中結(jié)勢(shì)壘形狀一直保持不變。宏觀界面是不均勻的，僅有很小的區(qū)域產(chǎn)生電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)。 在宏觀結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們利用導(dǎo)電原子力顯微鏡和開(kāi)爾文探針顯微鏡在微觀尺度上研究了NSTO表面電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)的機(jī)理，并提出了界面型電阻開(kāi)關(guān)的雙勢(shì)阱模型。在高真空中，NSTO表面能被均勻地激勵(lì)到高低阻態(tài)，高阻態(tài)費(fèi)米能級(jí)較低，低阻態(tài)費(fèi)米能級(jí)較高。電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)和費(fèi)米能級(jí)的移動(dòng)均被氧氣強(qiáng)烈地壓制。綜合考慮電阻開(kāi)關(guān)的極性、費(fèi)米能級(jí)的移動(dòng)方向及氧氣的作用，我們認(rèn)為NSTO表面電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)是由表面電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的。結(jié)合第一原理計(jì)算，我們提出了描述界面型電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)的雙勢(shì)阱模型，統(tǒng)一地解釋了宏觀和微觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)器件設(shè)計(jì)給出了指導(dǎo)。 在高真空中利用原子力顯微鏡的納米刻蝕技術(shù)在絕緣的STO單晶表面制備了準(zhǔn)二維的導(dǎo)電體系。其變溫電輸運(yùn)特性符合半導(dǎo)體熱激活模型，激活能接近氧空位的第一電離能。該體系的導(dǎo)電性受到氧氣的強(qiáng)烈壓制，說(shuō)明其導(dǎo)電性來(lái)源于表面氧空位。結(jié)合第一原理計(jì)算，通過(guò)對(duì)原子軌道和氧空位電場(chǎng)形狀的分析，我們統(tǒng)一地解釋了氧空位導(dǎo)致的半導(dǎo)體型和金屬型表面準(zhǔn)二維導(dǎo)電體系。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類(lèi)】：TP333
【部分圖文】：

四種兩端元件的對(duì)稱(chēng)關(guān)系

TiO2憶阻器的結(jié)構(gòu)（a）與IV特性（b）

單極型（a）與雙極型(b)電阻開(kāi)關(guān)的通斷特性
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 潘立陽(yáng),朱鈞;Flash存儲(chǔ)器技術(shù)與發(fā)展[J];微電子學(xué);2002年01期

本文編號(hào)：2864931