本文關(guān)鍵詞：多晶BiFeO_3薄膜的阻變行為與機制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：阻變存儲器作為下一代非易失性存儲器的有力競爭者之一,在最近十多年來吸引了廣泛的關(guān)注。作為阻變存儲器中的核心,阻變薄膜材料的阻變性能和阻變機制一直是相關(guān)研究方向中的熱點問題。本文采用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了多晶BiFeO3(BFO)薄膜并獲得了Au/BFO/Pt阻變單元,研究了薄膜制備條件對其阻變特性的影響,并針對其阻變機制進(jìn)行了具體分析,研究結(jié)果為阻變材料在非易失性存儲器中的應(yīng)用提供了一定的實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。本文主要工作內(nèi)容包含以下幾個方面：(1)系統(tǒng)研究了采用PLD技術(shù)制備多晶BFO薄膜的工藝,針對基片溫度和氧分壓兩個重要條件對薄膜結(jié)晶質(zhì)量和微觀形貌的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明,在550-750℃的溫度范圍內(nèi),BFO薄膜能夠獲得較為良好的結(jié)晶,采用650℃的基片溫度可以同時獲得較為平整的薄膜表面以及較為致密的薄膜結(jié)構(gòu)；氧分壓對薄膜的形貌無明顯的影響,但當(dāng)氧分壓提高至4 Pa時會產(chǎn)生富Bi的雜相并導(dǎo)致薄膜沉積速率的下降。此外,薄膜晶粒尺寸隨厚度的增加而增大。(2)測試了BFO薄膜的阻變特性,包括Ⅰ-Ⅴ曲線、數(shù)據(jù)保持特性以及抗疲勞特性測試。測試發(fā)現(xiàn),開關(guān)比與薄膜沉積的基片溫度、氧分壓以及薄膜厚度均有密切聯(lián)系。基片溫度提高至650℃以上有助于增加開關(guān)比并提高抗疲勞特性,但是當(dāng)基片溫度升高至750℃會導(dǎo)致BFO薄膜漏電流太高并引起永久性硬擊穿；而氧分壓則需要適當(dāng)選擇,才能在確保獲得較大開關(guān)比的同時保證較為良好的數(shù)據(jù)保持特性和抗疲勞特性。1.8 Pa的氧分壓為優(yōu)化的工藝條件,4 Pa的氧分壓會導(dǎo)致阻態(tài)穩(wěn)定性變差且多次循環(huán)寫入之后開關(guān)比的明顯衰減,而1 Pa的氧分壓則無法獲得有效的開關(guān)窗口；此外薄膜厚度減小至200 nm有助于提高開關(guān)比并改善數(shù)據(jù)保持特性。在優(yōu)化的薄膜制備條件下,BFO薄膜阻變單元最大開關(guān)比可以達(dá)到600倍以上,且能夠在20000個寫入循環(huán)之后保持100倍以上的開關(guān)比。(3)詳細(xì)分析了BFO薄膜不同電阻狀態(tài)下的導(dǎo)電行為,研究結(jié)果表明Au/BFO界面肖特基勢壘和BFO體電阻在不同的電壓區(qū)間對單元的整體電阻貢獻(xiàn)不同,而單元產(chǎn)生阻變行為的原理在于BFO薄膜中氧空位對電子的俘獲和釋放導(dǎo)致薄膜體電阻和Au/BFO界面耗盡層寬度的同時變化；提出了一種界面-體電阻混合型的阻變機制,成功解釋了在BFO薄膜中觀察到的阻變行為。(4)研究了BFO薄膜的多態(tài)阻變現(xiàn)象。結(jié)果表明單元產(chǎn)生多個電阻狀態(tài)的原因在于BFO薄膜體電阻和Au/BFO界面耗盡層寬度的連續(xù)調(diào)控。結(jié)合多態(tài)電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)和電容-電壓(C-V)特性的分析,發(fā)現(xiàn)單元的多個電阻狀態(tài)與多個電容狀態(tài)有一一對應(yīng)的關(guān)系。而采用導(dǎo)電原子力顯微鏡(CAFM)進(jìn)行的微區(qū)分析表明,BFO薄膜產(chǎn)生阻變行為的微觀單元為晶粒,而不是晶界,且具有阻變行為的晶粒在薄膜中呈現(xiàn)隨機分布的特性,減小薄膜的晶粒尺寸有助于提高阻變晶粒在單元內(nèi)分布的均勻性,有利于高密度存儲的應(yīng)用需求。BFO薄膜的鐵電性并不主導(dǎo)在單元中觀察到的阻變行為,驗證了基于電子俘獲和釋放的界面-體電阻混合阻變機制的合理性。
【關(guān)鍵詞】：BiFeO_3 阻變 導(dǎo)電機制 肖特基勢壘 氧空位
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP333;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12-14
• 1.2 新型非易失性存儲器技術(shù)14-19
• 1.3 阻變效應(yīng)研究進(jìn)展19-28
• 1.3.1 阻變行為的分類20-21
• 1.3.2 主要阻變機制介紹21-28
• 1.4 本文選題背景及主要工作28-30
• 第二章 實驗方法30-34
• 2.1 脈沖激光沉積技術(shù)30-31
• 2.2 微觀結(jié)構(gòu)表征方法31-33
• 2.2.1 X射線衍射分析31-32
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡32
• 2.2.3 原子力顯微鏡32-33
• 2.3 電學(xué)性能測試方法33-34
• 第三章 BFO薄膜的制備與結(jié)構(gòu)表征34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 BFO薄膜的制備34-37
• 3.2.1 BFO陶瓷靶材的制備34-36
• 3.2.2 BFO薄膜的沉積36-37
• 3.3 BFO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)表征37-43
• 3.3.1 XRD測試結(jié)果37-39
• 3.3.2 SEM測試結(jié)果39-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 BFO薄膜的阻變特性45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 I-V特性測試45-51
• 4.2.1 沉積溫度對I-V特性的影響45-48
• 4.2.2 沉積氣壓對I-V特性的影響48-50
• 4.2.3 薄膜厚度對阻變特性的影響50-51
• 4.3 數(shù)據(jù)保持特性測試51-55
• 4.3.1 沉積溫度對數(shù)據(jù)保持特性的影響52
• 4.3.2 沉積氣壓對數(shù)據(jù)保持特性的影響52-53
• 4.3.3 薄膜厚度對數(shù)據(jù)保持特性的影響53-55
• 4.4 抗疲勞特性測試55-61
• 4.4.1 沉積溫度對抗疲勞特性的影響55-57
• 4.4.2 沉積氣壓對抗疲勞特性的影響57-58
• 4.4.3 薄膜厚度對抗疲勞特性的影響58-59
• 4.4.4 抗疲勞特性的改善59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 BFO薄膜的阻變機制62-84
• 5.1 引言62
• 5.2 導(dǎo)電機制的基本類型62-63
• 5.3 正偏電壓下的導(dǎo)電機制分析63-73
• 5.3.1 沉積溫度對正偏電壓下導(dǎo)電機制的影響63-69
• 5.3.2 沉積氣壓對正偏電壓下導(dǎo)電機制的影響69-73
• 5.4 負(fù)偏電壓下的導(dǎo)電機制分析73-76
• 5.5 BFO薄膜阻變機制研究76-82
• 5.5.1 阻變機制分析76-80
• 5.5.2 阻變機制對數(shù)據(jù)保持特性的解釋80-82
• 5.6 本章小結(jié)82-84
• 第六章 BFO薄膜的多態(tài)阻變與微區(qū)分析84-102
• 6.1 引言84-85
• 6.2 BFO薄膜阻變特性與電容特性的聯(lián)系85-87
• 6.3 BFO薄膜的多態(tài)阻變87-92
• 6.4 BFO薄膜的鐵電性對阻變的影響92-96
• 6.5 BFO薄膜阻變的微區(qū)分析96-101
• 6.6 本章小結(jié)101-102
• 第七章 結(jié)論102-105
• 7.1 論文工作總結(jié)102-103
• 7.2 主要創(chuàng)新點103
• 7.3 前景和工作展望103-105
• 致謝105-106
• 參考文獻(xiàn)106-116
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果116-117

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1 付江民;涂層與薄膜[J];材料保護(hù);2000年12期

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3 馬春雨,李智,張慶瑜;二氧化鋯柵介質(zhì)薄膜光學(xué)及電學(xué)特性研究[J];功能材料;2004年04期

4 張為權(quán);單軸晶體薄膜的光學(xué)隧道效益(英文)[J];浙江絲綢工學(xué)院學(xué)報;1997年03期

5 李云;王六定;;摻雜對氧化鈦薄膜光學(xué)性能的影響[J];材料工程;2008年07期

6 徐世友,祁英昆,張溪文,韓高榮;BP_xN_(1-x)薄膜的制備及磷元素對其光學(xué)能隙的影響[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2003年03期

7 劉雄飛;周昕;;氮摻雜氟化非晶碳薄膜光學(xué)性質(zhì)的研究[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2006年04期

8 郭培濤;薛亦渝;張光勇;王漢華;馬中杰;;氧化鉭薄膜表面形貌和光學(xué)性能的研究[J];真空;2007年05期

9 張峗;沈悅;顧峰;張建成;王林軍;夏義本;;摻雜離子對介孔TiO_2薄膜光學(xué)性能的影響[J];光學(xué)學(xué)報;2010年06期

10 陳智穎,俞躍輝,趙建平,王曦,周祖堯,楊石奇,柳襄懷,施天生;真空磁過濾弧沉積碳氮薄膜的研究[J];功能材料與器件學(xué)報;1997年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馬孜;肖琦;姚德武;;薄膜光學(xué)監(jiān)控信號的數(shù)字信號處理[A];2004年光學(xué)儀器研討會論文集[C];2004年

2 張為權(quán);;雙軸晶體薄膜光學(xué)隧道效應(yīng)[A];'99十一�。ㄊ校┕鈱W(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];1999年

3 何文彥;程鑫彬;馬彬;丁濤;葉曉雯;張錦龍;張艷云;焦宏飛;;界面連續(xù)性對薄膜節(jié)瘤損傷特性的影響研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

4 胡小鋒;薛亦渝;郭愛云;;離子輔助蒸發(fā)TixOy制備氧化鈦薄膜及特性[A];2005'全國真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

5 王賀權(quán);沈輝;巴德純;汪保衛(wèi);聞立時;;溫度對直流反應(yīng)磁控濺射制備TiO2薄膜的光學(xué)性質(zhì)的影響[A];2005'全國真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

6 陳凱;崔明啟;鄭雷;趙屹東;;遺傳算法在軟X射線薄膜反射率多參數(shù)擬合中的應(yīng)用[A];第13屆全國計算機、網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

7 尚林;趙君芙;張華;梁建;許并社;;不同摻雜元素對GaN薄膜影響的研究進(jìn)展[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

8 彭曉峰;宋力昕;樂軍;胡行方;;硅碳氮薄膜的納米硬度研究[A];第四屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

9 張海芳;杜丕一;翁文劍;韓高榮;;Fe~(3+)離子敏感Ge-Sb-Se-Fe(Ni)系薄膜的摻雜性能研究[A];中國真空學(xué)會第六屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2004年

10 魏啟珂;肖波;葉龍強;江波;;Sol-Gel法制備納米二氧化鈦功能性薄膜[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第5分冊）[C];2010年

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1 記者劉其丕 李曉飛;天津薄膜光學(xué)重點實驗室成立[N];中國有色金屬報;2010年

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1 馬蕾;Si基納米薄膜光伏材料的制備、結(jié)構(gòu)表征與光電特性[D];河北大學(xué);2014年

2 李萬俊;N-X共摻ZnO薄膜p型導(dǎo)電的形成機制與穩(wěn)定性研究[D];重慶大學(xué);2015年

3 曾勇;ZnO薄膜光電性能調(diào)控技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

4 賀利軍;電子束蒸發(fā)傾斜沉積氧化鋁薄膜結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

5 孫喜桂;硒化鉛薄膜的磁控濺射制備及性能研究[D];北京科技大學(xué);2016年

6 張浩;基于原子層沉積的光電薄膜工藝與器件研究[D];上海大學(xué);2015年

7 金磊;多晶BiFeO_3薄膜的阻變行為與機制研究[D];電子科技大學(xué);2015年

8 彭銀橋;硅碳氮薄膜的結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性研究[D];中南大學(xué);2013年

9 居勇峰;氧化鈦薄膜的制備、微結(jié)構(gòu)及特性研究[D];電子科技大學(xué);2012年

10 姜春竹;磁控共濺射制備無氫碳化鍺薄膜的結(jié)構(gòu)和性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

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1 閆偉超;α-NbZnSnO薄膜的制備與表征及其在薄膜場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

2 王新巧;LPCVD技術(shù)沉積的ZnO薄膜及其特性研究[D];河北大學(xué);2015年

3 熊玉寶;超親水TiO_2透明薄膜的制備及其光催化性能研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

4 柳林杰;Al、N摻雜ZnO薄膜的制備及其ZnO第一性原理計算[D];燕山大學(xué);2015年

5 崔麗;低溫溶劑熱法制備ZnO薄膜及性能研究[D];燕山大學(xué);2015年

6 魏穎娜;基于非水解sol-gel法的還原氮化技術(shù)制備TiN薄膜[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

7 張帆;溫度相關(guān)的二氧化鈦及鋯鈦酸鉛薄膜的橢圓偏振光譜研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

8 張清清;能量過濾磁控濺射技術(shù)ITO薄膜的制備及性能優(yōu)化[D];鄭州大學(xué);2015年

9 冀亞欣;In_2S_3薄膜的磁控濺射法制備及性能研究[D];西南交通大學(xué);2015年

10 劉倩;Cu-Zn-Sn硫族化物薄膜吸收層的共濺射制備工藝及性能研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：多晶BiFeO_3薄膜的阻變行為與機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：434435