本文關(guān)鍵詞：金屬氧化物憶阻特性的增強(qiáng)與新型多功能生物憶阻器

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【摘要】：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展,基于電荷存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器尺寸已接近其物理極限,亟需尋找一種新型存儲(chǔ)技術(shù)突破此技術(shù)瓶頸。憶阻器以其獨(dú)特的非線性電學(xué)性質(zhì)在基礎(chǔ)電路擴(kuò)展、邏輯電路設(shè)計(jì)及生物仿真等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用,尤其是在存儲(chǔ)器的研究領(lǐng)域具有巨大的潛在價(jià)值。本文以金屬氧化物和DNA材料為基礎(chǔ),結(jié)合激光分子束外延、熱蒸發(fā)和旋涂技術(shù)制備了Al/Zn O/ITO/glass、Al/Zn O/Ti/Zn O/ITO/glass、Al/Al2O3/Ti/Si、Al/Al2O3/Ag NPs/Ti/Si、Al/Zn S/ITO/glass、Au/DNA/Au/Si等憶阻單元,研究了不同結(jié)構(gòu)的憶阻性能并探索了其存儲(chǔ)機(jī)理。主要工作如下:1.通過(guò)激光分子束外延技術(shù)(laser molecular beam epitaxy,LMBE)在Zn O薄膜中嵌入Ti納米層優(yōu)化了器件的憶阻性能。CAFM測(cè)量結(jié)果顯示:Al/Zn O/Ti(2.5nm)/Zn O/ITO/glass器件的高低電阻比率高達(dá)103,室溫下的忍耐力循環(huán)測(cè)量超過(guò)300多次,器件放置106s后仍然具有良好的憶阻特性。并且嵌入合適厚度Ti納米層能夠減小器件的轉(zhuǎn)換電壓,增加高低電阻比。同時(shí)探索了Ti納米層的厚度和層數(shù)對(duì)憶阻行為的影響。憶阻器件在高、低電阻態(tài)下分別滿足P-N發(fā)射和歐姆傳導(dǎo)規(guī)律,轉(zhuǎn)換機(jī)制由界面效應(yīng)和氧空位導(dǎo)電絲共同控制。Ti納米層的引入,有效調(diào)控了薄膜中氧空位濃度的分布,減弱了導(dǎo)電絲形成和斷裂的隨機(jī)性,提高了器件的穩(wěn)定性。2.通過(guò)Ag納米顆粒修飾電極優(yōu)化了Al2O3薄膜的雙極憶阻特性。首先采用LMBE和熱蒸發(fā)技術(shù)制備了基于Al2O3憶阻器件,研究了Al2O3厚度對(duì)Set電壓和高低阻值的影響。通過(guò)不同大小的Ag納米顆粒對(duì)電極進(jìn)行修飾,發(fā)現(xiàn)14 nm的顆粒對(duì)電極修飾后的器件Set(Reset)電壓減小,高低電阻比提高到104,經(jīng)過(guò)300次循環(huán)測(cè)量后,高低電阻值沒(méi)有明顯變化,且能夠保持106s以上,尤其是器件的穩(wěn)定性有了較大提高。通過(guò)對(duì)器件的I-V曲線進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn),P-N發(fā)射和氧空位導(dǎo)電絲機(jī)制可以對(duì)器件的憶阻性能進(jìn)行合理解釋,電場(chǎng)的局部增強(qiáng)和非均勻分布是器件穩(wěn)定性提高的主要原因。3.研究了基于Zn S納米薄膜的負(fù)微分電阻和阻變行為。首先通過(guò)LMBE和熱蒸發(fā)技術(shù)制備了基于Zn S的納米薄膜器件Al/Zn S/ITO/glass,電學(xué)特性測(cè)量發(fā)現(xiàn):循環(huán)電壓掃描時(shí)可獲得兩種穩(wěn)定的阻值狀態(tài),峰-谷電流比率超過(guò)10。適當(dāng)?shù)販p小Zn S薄膜的厚度以及對(duì)器件進(jìn)行400℃退火處理可有效地提高器件的峰-谷電流比率,優(yōu)化器件的阻變特性。最后結(jié)合多能谷散射理論,對(duì)Zn S器件的負(fù)微分電阻特性進(jìn)行了合理解釋。4.結(jié)合LMBE和旋涂技術(shù)制備了DNA雙極憶阻器件,研究了不同條件下的憶阻行為。測(cè)量結(jié)果表明:器件的憶阻性能與DNA薄膜的層數(shù)有較強(qiáng)依賴關(guān)系,且傳導(dǎo)機(jī)制滿足空間電荷限制電流。通過(guò)對(duì)Au/(DNA)10/Au/Si器件進(jìn)行循環(huán)測(cè)量發(fā)現(xiàn),器件表現(xiàn)出較好的寫(xiě)-讀-擦(write-read-erase)特性,且具有可重復(fù)的“一次寫(xiě)入多次讀取再擦除”特性。DNA上螯合Ag+后能夠降低器件的Set電壓和高(低)阻態(tài)的電阻值,減小器件的功耗。特別是在不同掃描電壓的作用下,器件表現(xiàn)出多級(jí)存儲(chǔ)特性,這將有助于高密度存儲(chǔ)器件的開(kāi)發(fā)。
【關(guān)鍵詞】：憶阻器 存儲(chǔ)器 ZnO薄膜 Al2O3薄膜 ZnS薄膜 DNA 導(dǎo)電絲機(jī)制 多級(jí)非易失性存儲(chǔ)
【學(xué)位授予單位】：聊城大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 第一章 緒論11-32
• 1.1 存儲(chǔ)器的分類12
• 1.2 非易失性存儲(chǔ)器12-16
• 1.2.1 傳統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器12-13
• 1.2.2 鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)13-14
• 1.2.3 相變存儲(chǔ)器(PRAM)14
• 1.2.4 磁阻存儲(chǔ)器(MRAM)14-15
• 1.2.5 阻變存儲(chǔ)器(RRAM)15-16
• 1.3 RRAM研究進(jìn)展16-22
• 1.3.1 過(guò)渡金屬氧化物(TMO)16-18
• 1.3.2 鈣鈦礦材料(TMO)18-20
• 1.3.3 有機(jī)材料20-22
• 1.4 電阻轉(zhuǎn)換機(jī)制模型22-30
• 1.4.1 導(dǎo)電絲 (Filament) 理論22-25
• 1.4.2 S-V (Simmnon-Verderber) 理論25-26
• 1.4.3 普爾-法蘭克發(fā)射(Poole-Frenkel emission)26-27
• 1.4.4 空間電荷限制電流 (space-charge limited current)27-29
• 1.4.5 肖特基勢(shì)壘模型(modified schottky barrier model)29
• 1.4.6 隧穿(tunneling)機(jī)制29-30
• 1.5 選題意義、目的和主要研究?jī)?nèi)容30-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器介紹32-37
• 2.1 薄膜生長(zhǎng)系統(tǒng)32-34
• 2.1.1 激光分子束外延生長(zhǎng)系統(tǒng)32-33
• 2.1.2 熱蒸發(fā)沉積系統(tǒng)33
• 2.1.3 勻膠機(jī)旋涂技術(shù)33-34
• 2.2 薄膜參數(shù)及性能測(cè)量?jī)x器34-37
• 2.2.1 橢偏儀測(cè)定薄膜厚度34
• 2.2.2 臺(tái)階儀測(cè)定薄膜厚度34-35
• 2.2.3 薄膜結(jié)構(gòu)測(cè)量35
• 2.2.4 (導(dǎo)電)原子力顯微鏡35-36
• 2.2.5 Keithley 2400 系統(tǒng)36-37
• 第三章 嵌入Ti納米層增強(qiáng)ZnO器件的憶阻特性37-46
• 3.1 引言37
• 3.2 器件制備過(guò)程和測(cè)量方法37-38
• 3.3 薄膜結(jié)構(gòu)及表面形貌38-39
• 3.4 器件的電學(xué)特性分析39-45
• 3.4.1 憶阻器件的抗疲勞特性39-40
• 3.4.2 Ti層厚度對(duì)憶阻特性的影響40-41
• 3.4.3 Ti層數(shù)目對(duì)憶阻特性的影響41-42
• 3.4.4 憶阻行為的轉(zhuǎn)換機(jī)制和電荷輸運(yùn)模式42-45
• 3.5 小結(jié)45-46
• 第四章 Ag納米顆粒修飾電極增強(qiáng)Al_2O_3器件的憶阻特性46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 器件制備和測(cè)量方法46-47
• 4.2.1 器件的制備與測(cè)量46-47
• 4.2.2 Ag納米顆粒的合成與測(cè)定47
• 4.3 器件的電學(xué)特性分析47-54
• 4.3.1 多次測(cè)量的電學(xué)特性47-48
• 4.3.2 Al_2O_3厚度對(duì)憶阻特性的影響48-49
• 4.3.3 Ag納米顆粒對(duì)記憶特性的影響49-50
• 4.3.4 忍耐力測(cè)試和保存特性50-51
• 4.3.5 憶阻行為的轉(zhuǎn)換機(jī)制和導(dǎo)電機(jī)理51-54
• 4.4 小結(jié)54-55
• 第五章 退火處理增強(qiáng)ZnS薄膜器件的阻變特性55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程和測(cè)量設(shè)置55-56
• 5.3 表面形貌的表征56-57
• 5.4 電學(xué)性能測(cè)量和結(jié)果分析57-60
• 5.4.1 器件在不同電壓下的I-V曲線57-58
• 5.4.2 不同厚度ZnS薄膜器件的I-V曲線58-59
• 5.4.3 退火對(duì)器件I-V特性的影響59-60
• 5.5 器件負(fù)微分效應(yīng)(阻變轉(zhuǎn)換)的物理機(jī)制60-62
• 5.6 小結(jié)62-63
• 第六章 新型多功能DNA生物憶阻器63-73
• 6.1 引言63-64
• 6.2 器件的制備和測(cè)試方法64-65
• 6.2.1 材料處理和器件的制備64-65
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)65
• 6.3 器件電學(xué)性能測(cè)試及結(jié)果分析65-73
• 6.3.1 DNA器件的讀-寫(xiě)-擦和一次寫(xiě)入-多次讀取特性65-67
• 6.3.2 Ag離子對(duì)器件憶阻特性的影響67-70
• 6.3.3 器件的多級(jí)存儲(chǔ)特性70-71
• 6.3.4 小結(jié)71-73
• 第七章 結(jié)論與展望73-75
• 7.1 論文總結(jié)73-74
• 7.2 工作展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83-84
• 附件84

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 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

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本文編號(hào)：881765