本文關(guān)鍵詞：鈦酸鋇薄膜的阻變開關(guān)現(xiàn)象和負(fù)微分電阻現(xiàn)象的研究

  更多相關(guān)文章： 激光脈沖沉積 負(fù)微分電阻 界面態(tài) 脈沖電壓 存儲器

【摘要】：當(dāng)今世界信息技術(shù)的快速發(fā)展離不開非易失性存儲器件性能的不斷提高。為了獲得性能更加優(yōu)異的新型存儲器，大量的研究者都在尋找常規(guī)存儲器的替代品。在研究中發(fā)現(xiàn),許多氧化物材料中都存在有電阻開關(guān)的現(xiàn)象，大部分都具有能夠應(yīng)用于非易失性阻變存儲器（ReRAM）中的應(yīng)潛能。其中傳統(tǒng)的非易失性存儲器的機(jī)制可以分為兩類，一類是離子機(jī)制，一類是電子機(jī)制，和離子機(jī)制相比較，電子機(jī)制的阻變效應(yīng)占據(jù)著主要的位置。但是一般的電阻開關(guān)的電子機(jī)制都與器件的缺陷有關(guān)，而缺陷是不容易控制的，這也是傳統(tǒng)的阻變開關(guān)材料沒有實現(xiàn)廣泛商用的原因之一。在這個時候鐵電材料進(jìn)入我們的視野，最近幾年對鐵電薄膜的制備、性能和應(yīng)用的研究，以及利用鐵電材料的鐵電性質(zhì)控制阻變開關(guān)的特性已經(jīng)成為了新功能材料研究的一個熱點。鈦酸鋇薄膜作為一種典型的鐵電材料而受到廣泛的關(guān)注。一些有趣的現(xiàn)象發(fā)生在鈦酸鋇薄膜的電子運輸?shù)倪^程中，比如：可切換的二極管效應(yīng)，歐姆接觸到肖特基接觸的轉(zhuǎn)變，雙極性的阻變開關(guān)現(xiàn)象，，磁電耦合現(xiàn)象，以及利用鐵電的極化性質(zhì)來控制阻變開關(guān)性質(zhì)的現(xiàn)象。而通常伴隨著這些現(xiàn)象的發(fā)生會出現(xiàn)負(fù)微分電阻現(xiàn)象。這種負(fù)微分電阻現(xiàn)象也會出現(xiàn)在其他的一些材料體系中，比如：雙重的量子阱，超晶格，和一維系統(tǒng)當(dāng)中。但是負(fù)微分電阻現(xiàn)象的微觀機(jī)制到目前為止還存在著很大的爭議。目前學(xué)術(shù)領(lǐng)域有著各種各樣的微觀機(jī)制用來解釋阻變開關(guān)現(xiàn)象，包括：氧空位的遷移機(jī)制，電荷俘獲和去俘獲機(jī)制，導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制等等，但是以上的這些機(jī)制都很難解釋負(fù)微分電阻效應(yīng)，基于這種背景我們對鈦酸鋇鐵電薄膜的阻變開關(guān)性質(zhì)和負(fù)微分電阻性質(zhì)進(jìn)行了研究，并且我們的研究得到了一些有意義的結(jié)果，主要結(jié)果如下： 在鐵電材料當(dāng)中鈦酸鋇材料（BaTiO3）是一種非常典型鐵電材料。采用激光脈沖沉積技術(shù)，在不同的氧壓條件在導(dǎo)電玻璃（FTO）襯底上生長鈦酸鋇（BTO）鐵電薄膜。XRD θ-2θ掃描結(jié)果顯示出在FTO襯底上生長出了質(zhì)量較好的BTO鐵電薄膜，通過直流濺射工藝在BTO表面鍍上直徑為0.001cm的電極，制備出了Au/BTO/FTO的器件。之后利用Keithley2400對該器件進(jìn)行I-V掃描，在掃描過程中發(fā)現(xiàn)在負(fù)電壓區(qū)域會有負(fù)微分電阻的現(xiàn)出，并且該現(xiàn)象的出現(xiàn)于正電壓有著密切的關(guān)系。為了尋找出負(fù)微分電阻現(xiàn)象出現(xiàn)的原因和該現(xiàn)象與正電壓保持著何種關(guān)系，于是我們對該Au/BTO/FTO器件進(jìn)行了鐵電性質(zhì)，DLTS以及脈沖電壓測得的研究。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，器件的負(fù)微分電阻現(xiàn)象在不同的脈沖寬度和脈沖強(qiáng)度下都會受到影響。與此同時，引入了界面態(tài)機(jī)制來解釋該器件的阻變開關(guān)現(xiàn)象和負(fù)微分電阻現(xiàn)象，利用Au/BTO界面間的施主型界面態(tài)對電子的俘獲與去俘獲模型完好的解釋了該現(xiàn)象。在測試當(dāng)中給予該器件上施加不同大小的正偏壓，發(fā)現(xiàn)其電阻會相對應(yīng)的呈現(xiàn)出連續(xù)變化的趨勢。說明該器件也有著作為多級阻變存儲器的潛能。將樣品置于低溫環(huán)境當(dāng)中，利用Keithley2400對其進(jìn)行I-V測試，發(fā)現(xiàn)在低溫環(huán)境的情況下，該Au/BTO/FTO出現(xiàn)了整流特性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。而且經(jīng)過試驗證明這種現(xiàn)象是不可逆的。分析得出這種現(xiàn)象是與鐵電本身的居里溫度是密切相關(guān)的。在低溫環(huán)境下，由于溫度到達(dá)其居里溫度，所以BTO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)了改變。因此在低溫環(huán)境下會出現(xiàn)整流特性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：激光脈沖沉積 負(fù)微分電阻 界面態(tài) 脈沖電壓 存儲器
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 鐵電體材料簡介10-12
• 1.3 鈦酸鋇（BaTiO_3）材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用12-17
• 1.3.1 BaTiO_3 基本性質(zhì)與晶體結(jié)構(gòu)12-14
• 1.3.2 BaTiO_3 的特性及其應(yīng)用14-17
• 1.4 鈦酸鋇（BaTiO_3）材料的發(fā)展歷史及其研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 幾種類型的存儲器簡介18-19
• 本文的主要研究內(nèi)容19-21
• 參考文獻(xiàn)21-24
• 第二章 鈦酸鋇（BTO）薄膜的制備及表征24-34
• 2.1 脈沖激光沉積24-26
• 2.1.1 脈沖激光沉積（PLD）系統(tǒng)24-25
• 2.1.2 PLD 沉積薄膜的原理25-26
• 2.2 其他薄膜制備方法及其比較26-27
• 2.3 表征手段27-31
• 2.3.1 X 射線衍射（XRD）27-28
• 2.3.2 壓電力顯微鏡（PFM）28-29
• 2.3.3 電流源表 Keithley2400 簡介29-30
• 2.3.4 阻抗分析儀 Aglient 4294A 的簡介30
• 2.3.5 DLTS 深能級測試儀簡介30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 參考文獻(xiàn)32-34
• 第三章 Au/BTO/FTO 器件的制備及其負(fù)微分電阻效應(yīng)34-46
• 3.1 導(dǎo)電玻璃（FTO）襯底上生長 BTO 的多晶薄膜34-36
• 3.1.1 襯底的選擇及清洗34
• 3.1.2 利用 PLD 設(shè)備生長 BTO 薄膜34-35
• 3.1.3 樣品的 XRD 表征35-36
• 3.2 Au/BTO/FTO 異質(zhì)結(jié)的阻變開關(guān)特性和負(fù)微分電阻（NDR）現(xiàn)象36-39
• 3.2.1 Au/BTO/FTO 的 I-V 特性36-39
• 3.3 Au/BTO/FTO 器件的開關(guān)循環(huán)性和保持性39-40
• 3.4 實驗現(xiàn)象分析40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 參考文獻(xiàn)43-46
• 第四章 時間效應(yīng)對 Au/BTO/FTO 器件的負(fù)微分電阻效應(yīng)的影響46-56
• 4.1 儀器的選擇和搭建46-47
• 4.2 脈沖電壓信號對 Au/BTO/FTO 器件的影響47-53
• 4.2.1 阻變特性及其原因50-51
• 4.2.2 器件 Au/BTO/FTO 由不同觸發(fā)電壓引起的多級阻變效應(yīng)51-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 參考文獻(xiàn)54-56
• 第五章 不同氧壓下的 BTO 薄膜的電學(xué)特性的比較和低溫下該器件的 I-V 變化56-66
• 5.1 不同的氧壓對的 BTO 薄膜的影響56-58
• 5.1.1 制備方法56-57
• 5.1.2 I-V 測試57-58
• 5.2 溫度對的 BTO 薄膜電學(xué)性質(zhì)的影響58-61
• 5.2.1 儀器的選擇58-60
• 5.2.2 Au/BTO/FTO 的深能級譜60-61
• 5.3 外延鈦酸鋇薄膜的制備61-63
• 5.3.1 在 SrTiO_3（111）上生長外延的 BTO 薄膜61-62
• 5.3.2 CAFM 和 PFM 圖譜62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-66
• 總結(jié)與展望66-68
• 致謝68-70
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄70-71

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 桂明璽;掃描電子顯微鏡[J];國外耐火材料;2002年06期

2 林元華;姜慶輝;何泓材;王瑤;南策文;;多鐵性氧化物基磁電材料的制備及性能[J];硅酸鹽學(xué)報;2007年S1期

3 張子英;楊德林;劉云虎;曹海濱;邵建新;井群;;BaTiO_3的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)(英文)[J];物理化學(xué)學(xué)報;2009年09期

4 肖定全;當(dāng)前鐵電學(xué)和鐵電材料研究的幾個問題[J];壓電與聲光;1996年01期

5 張飛;林遠(yuǎn)彬;吳昊;苗青;鞏紀(jì)軍;陳繼培;吳素娟;曾敏;高興森;劉俊明;;Asymmetric reversible diode-like resistive switching behaviors in ferroelectric BaTiO_3 thin films[J];Chinese Physics B;2014年02期

本文編號：971634