近期基于氧化物異質(zhì)結(jié)阻變存儲器件的研究,要求它們能夠超越單層阻變器件,從而提供更加優(yōu)異的阻變性能,即提高可擦寫次數(shù)、非線性阻變和補償性阻變特性。其中后面兩個可以有效的防止阻變器件的內(nèi)部寄生回路。進一步,氧化物異質(zhì)結(jié)作為阻變存儲單元,可以使得它們中每一層以及層之間界面的作用在阻變特性中得到充分發(fā)揮。因此,和那些傳統(tǒng)的單層阻變器件相比,氧化物異質(zhì)結(jié)對于器件的優(yōu)化有更多的自由度。本文對三種不同的氧化物異質(zhì)結(jié)進行了系統(tǒng)的研究,包括它們的阻變特性、阻變機制及其在阻變存儲器中的應用。 論文的主要研究內(nèi)容如下： (1)通過ZnO/ZrO2氧化物異質(zhì)結(jié),研究阻變過程中氧化物和氧化物之間的界面對氧離子遷移的影響。在異質(zhì)結(jié)中觀察到Forming過程在不同極性的電壓下具有完全不同的阻變行為。這證明了氧化物和氧化物之間界面勢壘高度的改變決定了氧離子遷移過程,導致直接依賴電壓極性的阻變行為。進一步,通過控制Reset過程的截止電壓,ZnO/ZrO2氧化物異質(zhì)結(jié)的界面阻變行為可以用作可控且穩(wěn)定的多態(tài)存儲器件。 (2)運用電化學沉積制備了Co-PPy復合薄膜,系統(tǒng)的研究了其阻變特性和磁性隨Co納米顆粒濃度的變化規(guī)律。在此基礎上,提出一種新型阻變器件的設計方法,即制備嵌入金屬納米顆粒的有機碳鏈導電聚合物薄膜。金屬納米顆粒能夠促進有機導電聚合物表面的自法氧化,形成有機導電高分子和氧化層的異質(zhì)結(jié)。由于導電聚合物表面被氧化,導致其表面層的導電性下降,電阻升高。在外加電場下,氧離子在電極和導電聚合物之間遷移,形成了本征導電(低阻態(tài))和氧化層導電(高阻態(tài))之間的轉(zhuǎn)換,從而實現(xiàn)了阻變效應。本征導電聚合物導電通道的形成能夠被金屬納米顆粒有效的控制,這是由于內(nèi)部嵌入的金屬納米顆粒能夠使得電場線集中在顆粒周圍,造成納米顆粒附近的電場強度遠超過其他區(qū)域,氧離子在納米顆粒形成的最短路徑中更容易遷移。可以對金屬納米顆粒進行設計,為阻變存儲器帶來一些新的特性,例如通過加入磁性納米顆粒給存儲器帶來磁性,制備多功能電子器件來滿足一些特殊的未來應用。 (3)為了獲得低能阻變存儲器器,設計出一種新穎的阻變存儲器結(jié)構(gòu)SrTiO3/La2/3Sri/3MnO3/MgAl2O4/Cu。該結(jié)構(gòu)中,外延的La2/3Sr1/3MnO3(LSMO)薄膜作為底電極代替了傳統(tǒng)的惰性金屬電極。由于LSMO電極層具有高的可控電阻值,可以作為一個串聯(lián)電阻為阻變器件提供限定電流。所以該器件不再需要外加電阻器或變阻器來提供限定電流,從而大幅度簡化了阻變器件的結(jié)構(gòu),提高了其集成密度。由于LSMO自身電阻在阻變過程限制了導電通道尺度,獲得低的擦寫和讀取電流,大大降低了阻變存儲器的能耗。此外,該器件還表現(xiàn)出很好阻變性能,阻變過程起源于在外加電場下形成了金屬Cu的導電通道。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

圖2-1 FeRAM的結(jié)構(gòu)圖鐵電存儲器本質(zhì)上是一系列的中心對稱的原子偏離中心位置的方向來現(xiàn)兩個存儲態(tài)。一旦寫入它們的存儲態(tài)，只能通過施加一個合適的電場來改

MRAM結(jié)構(gòu)示意圖

PCRAM的結(jié)構(gòu)示意圖
【共引文獻】

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本文編號：2880959