本文關(guān)鍵詞：氧化鈦薄膜的阻變性能研究

  更多相關(guān)文章： 阻變存儲(chǔ)器 電阻轉(zhuǎn)換現(xiàn)象 氧化鈦 摻雜氧化鈦薄膜 雙層結(jié)構(gòu)器件

【摘要】：在過(guò)去的幾十年中,由于高速/高存儲(chǔ)密度的非易失性存儲(chǔ)器(NVMs)的出現(xiàn),信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展從而使得我們的計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的處理能力。然而,傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器(例如閃存)的器件尺寸將在不遠(yuǎn)的將來(lái)達(dá)到技術(shù)及物理極限。為了解決這一問題,研究者們提出了一些新型非易失性存儲(chǔ)器的概念�；谛滦筒牧系南乱淮且资源鎯�(chǔ)器候選,有相變存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器、磁變存儲(chǔ)器及阻變存儲(chǔ)器(RRAM)。在這些存儲(chǔ)器中,基于一些材料電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng)的阻變存儲(chǔ)器得到了十分廣泛的關(guān)注,這是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、高開關(guān)比、擦寫速度快、保持時(shí)間長(zhǎng)以及與半導(dǎo)體工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。許多多晶態(tài)與非晶態(tài)的過(guò)渡金屬氧化物(TMOs)被應(yīng)用于阻變存儲(chǔ)器中,其中包括TiO2、ZrO2、ZnO及HfO2等。而基于氧化鈦的阻變存儲(chǔ)器,其電阻轉(zhuǎn)換機(jī)制較為清晰:TinO2n-1(即所謂的Magnéli相)導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂。因此,我們選擇氧化鈦薄膜的阻變存儲(chǔ)器為研究重點(diǎn),具體工作內(nèi)容如下:(1)利用溶膠-凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了氧化鈦薄膜并運(yùn)用相應(yīng)手段對(duì)其進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)表征。然后,運(yùn)用Keithley 4200-SCS半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測(cè)試了Pt/TiO2/Pt器件的電學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)Pt/TiO2/Pt器件存在單、雙極性阻變共存的現(xiàn)象且不需要電初始化過(guò)程。電阻轉(zhuǎn)換閾值電壓及高阻態(tài)阻值的分布均較為分散,需要進(jìn)一步提升器件的穩(wěn)定性。(2)運(yùn)用溶膠-凝膠法合成了三價(jià)離子(Al、Cr)與二價(jià)離子(Cu)摻雜的氧化鈦薄膜,并對(duì)比了它們的阻變性能。與未摻雜氧化鈦器件相比,Al、Cr、Cu摻雜器件的阻變性能得到了明顯改善,包括減低了set電壓、提高了轉(zhuǎn)換電壓與高阻態(tài)的穩(wěn)定性。尤其是Cu摻雜器件,阻變性能的改進(jìn)更為突出。這是由于二價(jià)離子摻雜能夠使氧化鈦薄膜內(nèi)氧空位生成增多。此外,關(guān)于摻雜引起的氧化鈦薄膜內(nèi)氧空位生成能的降低,我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論計(jì)算的結(jié)果。(3)此外,我們還探究了在氧化鈦基阻變存儲(chǔ)器上添加非晶態(tài)氧化鋯層所造成的影響,在其中氧化鋯層扮演著補(bǔ)充氧空位的儲(chǔ)氧池這一重要角色。與Pt/TiO2/Pt單層結(jié)構(gòu)相比,Pt/ZrO2/TiO2/Pt系統(tǒng)中阻變參數(shù)的均勻性得到了顯著改善,例如轉(zhuǎn)換電壓及高、低阻態(tài)阻值。50次循環(huán)后,雙層結(jié)構(gòu)器件在0.5 V的讀取電壓下高、低阻態(tài)阻值分別約為130 kΩ與50Ω,開關(guān)比穩(wěn)定在2600左右。
【關(guān)鍵詞】：阻變存儲(chǔ)器 電阻轉(zhuǎn)換現(xiàn)象 氧化鈦 摻雜氧化鈦薄膜 雙層結(jié)構(gòu)器件
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2;TP333
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-26
• 1.1 非易失性存儲(chǔ)器分類9-11
• 1.1.1 傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器9-10
• 1.1.2 新型非易失性存儲(chǔ)器10-11
• 1.2 電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng)簡(jiǎn)介11-12
• 1.3 阻變存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)及材料體系12-19
• 1.3.1 阻變存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 阻變介質(zhì)材料體系13-19
• 1.4 阻變存儲(chǔ)器的電阻轉(zhuǎn)換機(jī)理19-24
• 1.4.1 導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制19-21
• 1.4.2 界面效應(yīng)21-24
• 1.5 阻變存儲(chǔ)器的研究現(xiàn)狀24
• 1.6 本論文選題依據(jù)24-26
• 第二章 氧化鈦?zhàn)枳兇鎯?chǔ)器的制備及表征方法26-33
• 2.1 氧化鈦薄膜的制備26-29
• 2.1.1 薄膜材料的制備方法26-27
• 2.1.2 氧化鈦薄膜的制備流程27-29
• 2.2 微觀結(jié)構(gòu)表征方法29-31
• 2.3 電學(xué)性能表征方法31-33
• 第三章 氧化鈦薄膜的阻變性能33-42
• 3.1 氧化鈦薄膜的微觀表征33-35
• 3.1.1 氧化鈦薄膜的XRD圖譜33
• 3.1.2 氧化鈦薄膜的XPS圖譜33-35
• 3.1.3 氧化鈦薄膜的表面形貌35
• 3.2 Pt/TiO_2/Pt器件的阻變特性35-38
• 3.3 Pt/TiO_2/Pt器件的阻變機(jī)制38-39
• 3.4 Pt/TiO_2/Pt器件的循環(huán)與保持特性39-40
• 3.5 在不同襯底上氧化鈦薄膜器件的阻變性能40
• 3.6 本章小結(jié)40-42
• 第四章 氧化鈦?zhàn)枳兤骷膿诫s改性42-55
• 4.1 摻雜改性的理論基礎(chǔ)42-44
• 4.2 氧化鈦?zhàn)枳兤骷膿诫s方案44-45
• 4.3 三價(jià)離子摻雜氧化鈦器件的阻變性能45-50
• 4.3.1 三價(jià)離子摻雜氧化鈦薄膜的微觀表征45-48
• 4.3.2 三價(jià)離子摻雜氧化鈦器件的電學(xué)性能48-50
• 4.4 二價(jià)離子摻雜氧化鈦器件的阻變性能50-52
• 4.4.1 二價(jià)離子摻雜氧化鈦薄膜的微觀表征50-51
• 4.4.2 二價(jià)離子摻雜氧化鈦器件的電學(xué)性能51-52
• 4.5 降低的氧空位生成能對(duì)摻雜器件阻變性能的影響52-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第五章 插入層對(duì)氧化鈦基阻變器件的性能調(diào)控55-64
• 5.1 氧化物插入層對(duì)阻變器件的性能調(diào)控55-61
• 5.1.1 氧化物插入層的選取55-56
• 5.1.2 ZrO2/TiO_2雙層結(jié)構(gòu)的微觀表征56-58
• 5.1.3 Pt/ZrO2/TiO_2/Pt器件的電學(xué)性能58-60
• 5.1.4 Pt/ZrO2/TiO_2/Pt器件的阻變機(jī)制60-61
• 5.2 其他功能層對(duì)阻變器件的性能調(diào)控61-62
• 5.2.1 Pt/TiO_2/BNT/Pt器件結(jié)構(gòu)61-62
• 5.2.2 Pt/TiO_2/BNT/Pt器件的電學(xué)性能62
• 5.3 本章小結(jié)62-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 論文總結(jié)64
• 6.2 工作展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-73
• 致謝73-74
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄及所參加的學(xué)術(shù)會(huì)議74

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 陸鷺雪;;小氮肥廠微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一種斷電信息保護(hù)技術(shù)[J];南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1989年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 PeterW.Lee;;關(guān)注非易失性存儲(chǔ)器IP及其在消費(fèi)類,通信類及無(wú)線電子產(chǎn)品中的應(yīng)用[A];2003中國(guó)通信專用集成電路技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2003年

2 高旭;佘小健;劉杰;王穗東;;有機(jī)納米浮柵型非易失性存儲(chǔ)器[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第17分會(huì)：光電功能器件[C];2014年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 Mastipuram;非易失性存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì)[N];電子資訊時(shí)報(bào);2008年

2 劉霞;加密硬件可確保非易失性存儲(chǔ)器應(yīng)用安全[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

3 ;非易失性存儲(chǔ)器:比閃存快100倍[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

4 趙效民;非易失性存儲(chǔ)器的變革（上）[N];計(jì)算機(jī)世界;2003年

5 記者 華凌;美用有機(jī)分子創(chuàng)建新型鐵電性晶體材料[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

6 MCU;SEMATECH介紹在非易失性存儲(chǔ)器方面取得新的突破[N];電子報(bào);2009年

7 四川 蘭虎;數(shù)字電位器應(yīng)用匯集（上）[N];電子報(bào);2006年

8 本報(bào)記者 郭濤;企業(yè)級(jí)SSD既快又省[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2013年

9 趙效民;閃存與時(shí)俱進(jìn)[N];計(jì)算機(jī)世界;2004年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 孫銳;基于氧化鋅納米材料的阻變存儲(chǔ)器研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 卿驍;BiFeO_3薄膜阻變性能的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 曹正義;新型非易失性存儲(chǔ)器的原子層沉積技術(shù)制備及其存儲(chǔ)性能的研究[D];南京大學(xué);2015年

4 曾柏文;氧化鈦薄膜的阻變性能研究[D];湘潭大學(xué);2015年

5 黃科杰;基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的非易失性存儲(chǔ)器的研究[D];浙江大學(xué);2006年

6 胡小方;基于憶阻器的非易失性存儲(chǔ)器研究[D];西南大學(xué);2012年

7 賈曉云;基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的非易失性存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)[D];蘭州大學(xué);2013年

8 邱浩鑫;非易失性存儲(chǔ)器IP的功能研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2010年

9 劉麗娟;SONOS結(jié)構(gòu)非易失性存儲(chǔ)器性能研究[D];華東師范大學(xué);2013年

10 周群;深亞微米SONOS非易失性存儲(chǔ)器的可靠性研究[D];華東師范大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：764898