本文關(guān)鍵詞：五氧化二鉭異質(zhì)結(jié)的電阻開關(guān)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伴隨著科技的騰飛,人們對存儲器性能的需求標(biāo)準(zhǔn)也越來越高,比如,高密度、高速度、非揮發(fā)性、低功耗等等。閃存占據(jù)了非易失存儲器的主要市場,但是,閃存存在著速度慢的缺點,并且隨著器件尺度的減小,其氧化層厚度也將減小,會引起散熱差、漏電等問題,因此,其發(fā)展前景并不樂觀。目前,人們在研究的非易失新型隨機存儲器兼有速度快和非易失的特點,主要包括磁存儲器(MRAM)、鐵電存儲器(FRAM)、電阻存儲器(ReRAM)、相變存儲器(PRAM)等。ReRAM為最新發(fā)展的存儲器,但是它具備速度快、低功耗、低成本、制作簡單、與傳統(tǒng)CMOS工藝能夠很好的兼容的優(yōu)勢,因此ReRAM有很大的潛力成為下一代新型存儲器。在1962年,科學(xué)家T. W. Hickmott通過研究Al/Al2O3/Au、Zr/ZrO2/Au等這種金屬-介質(zhì)層-金屬的三明治結(jié)構(gòu)的I-V特性曲線,首次開展了對阻變現(xiàn)象的研究。近幾年,ReRAM逐漸成為存儲器研究的焦點。 Ta205有杰出的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì),Ta205越來越吸引人們注意,并在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如,Ta205是一種具有高折射率的鍍膜材料,其折射率為2.1。由于Ta205和Si之間具有高質(zhì)量的界面和小的漏電流,通常在高品質(zhì)的電容器中用作絕緣層。在電阻開關(guān)特性的研究領(lǐng)域中,由于Ta2O5穩(wěn)定的電阻開關(guān)特性,是被應(yīng)用研究的最多的材料之一。 在本論文中,我們使用濺射儀制備了Ag/Co/Ta2O5/Ag結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié),并在其中發(fā)現(xiàn)了重復(fù)性良好的雙極阻變,高低阻態(tài)之比高達(dá)104,其優(yōu)良的性質(zhì)將使其在阻變存儲器中有良好的應(yīng)用。通過改變異質(zhì)結(jié)中Ta205的厚度和結(jié)面積的大小,我們發(fā)現(xiàn),異質(zhì)結(jié)的低阻態(tài)電阻并不隨著Ta205的厚度和結(jié)面積的改變而有明顯的變化,并由此得出該異質(zhì)結(jié)的導(dǎo)電類型屬于塊體主導(dǎo)型。在進一步的實驗中,我們使用金電極替代銀電極,制備了Au/Co/Ta2O5/Au結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié),在其中也發(fā)現(xiàn)了同樣類型的雙極阻變。因此排除了低阻態(tài)時銀電極形成銀燈絲的可能,推測阻變是由Ta205中氧離子遷移引起的。我們還制備了Ag/Ta2O5/Ag器件,并測量了其阻變性質(zhì),呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的補償阻變,并且我們的樣品不需要電成型過程,對于多層膜磁性測量證明CoO的生成。綜合上述現(xiàn)象我們認(rèn)為Co層的 加入會打破器件的平衡結(jié)構(gòu),Co很活潑,會在生長Ta205的時候自然氧化形成一層CoO,這樣就在Ta2O5中會形成一個氧空位的空間梯度分布,代替了其他文獻(xiàn)報道中的電成型過程。阻變的過程大致如下：當(dāng)加正向電壓時,氧空位會向負(fù)極方向聚集,從而使負(fù)極附近的導(dǎo)電性增強,加在負(fù)極附近的電場減小,此處我們稱之為虛擬陰極,隨著加電壓的時間增長,虛擬陰極會逐漸往陽極移動,最終和陽極金屬電極接觸,從而使之由高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài),反之加負(fù)電壓會使得氧空位反向移動從而導(dǎo)致氧空位通道斷裂,使之由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)�？傊�,我們的工作成功實現(xiàn)了穩(wěn)定的雙極阻變,得出阻變現(xiàn)象的機理是氧離子遷移導(dǎo)致的導(dǎo)電通道以及Co層加入的意義。
【關(guān)鍵詞】：異質(zhì)結(jié) 電阻開關(guān)特性 五氧化二鉭 磁控濺射
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-28
• 第一節(jié) Ta_2O_5的性質(zhì)及其研究進展12
• 第二節(jié) 異質(zhì)結(jié)12-15
• 1.2.1 異質(zhì)結(jié)的性質(zhì)12-14
• 1.2.2 異質(zhì)結(jié)的研究進展及其應(yīng)用14-15
• 第三節(jié) 新型非易失存儲器的介紹15-18
• 1.3.1 電阻式存儲器(ReRAM,Resistance RAM)15-16
• 1.3.2 鐵電存儲器(FeRAM,Ferroelectric RAM)16
• 1.3.3 磁存儲器(Magnetic RAM,MRAM)16-17
• 1.3.4 相變存儲器(Phase Change RAM,PCRAM)17-18
• 第四節(jié) 電阻式存儲器的研究及其進展18-26
• 1.4.1 電阻開關(guān)效應(yīng)的分類18-19
• 1.4.2 電阻式存儲器的材料19-21
• 1.4.3 電阻開關(guān)效應(yīng)的機制21-26
• 第五節(jié) 本課題的研究動機和內(nèi)容26-28
• 第二章 樣品的制備與表征28-44
• 第一節(jié) 濺射鍍膜28-38
• 2.1.1 濺射鍍膜的特點28-29
• 2.1.2 濺射的基本原理29-36
• 2.1.3 實驗用磁控共濺濺射設(shè)備36-38
• 第二節(jié) 超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)38-42
• 第三節(jié) 交變梯度磁強計(AGM)42-44
• 第三章 Ag/Co/Ta_2O_5/Ag異質(zhì)結(jié)的電阻開關(guān)特性的研究44-58
• 第一節(jié) 引言44
• 第二節(jié) 樣品制備工藝的介紹44-47
• 3.2.1 襯底的處理44-45
• 3.2.2 Ag/Co/Ta_2O_5/Ag異質(zhì)結(jié)的制備45-47
• 第三節(jié) 實驗結(jié)果及討論47-58
• 3.3.1 Ag/Co/Ta_2O_5/Ag異質(zhì)結(jié)的性質(zhì)介紹47-51
• 3.3.2 Ag/Co/Ta_2O_5(6nm)/Ag電阻開關(guān)特性機理的探究51-58
• 第四章 Ag/Ta_2O_5/Ag異質(zhì)結(jié)的電阻開關(guān)特性的研究58-60
• 第五章 總結(jié)與展望60-62
• 致謝62-63
• 參加的學(xué)術(shù)會議63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表69

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