鈣鈦礦結構金屬氧化物薄膜的室溫可逆電阻開關特性研究.pdf

1、隨著器件尺寸低于100nm，半導體工業(yè)就面臨技術和基本理論的雙重挑戰(zhàn)，電子器件的微型化發(fā)展成為中心議題載入了國際半導體技術藍圖中。為了克服基于電荷存儲的傳統(tǒng)半導體存儲器件的限制，各種新型的非易失性存儲器件應運而生，其中包括相變存儲器、聚合體存儲器、磁存儲器和電阻存儲器。在這些新型存儲器中，阻變存儲器(RRAM)以其非易失特性、結構簡單、低功耗、高速度、高密度集成等優(yōu)良性能受到越來越多的關注，被認為是下一代“通用”存儲器的強有力候選者之一

2、。室溫下具有電阻開關性能的材料更是受到研究人員的青睞。在眾多的絕緣材料如二元氧化物、復雜鈣鈦礦結構氧化物、硫化物以及有機材料中紛紛發(fā)現(xiàn)這種新奇的電阻開關效應。為了揭示這種奇特效應真正的動力學原因，迄今已經(jīng)取得多方面的研究成果。然而，至今還沒有哪一個理論模型能夠?qū)Υ爽F(xiàn)象作一個清析而完整的解釋，理論分析還相當欠缺，仍然有大量的研究空間存在。因此，能夠從基本物理理論去揭開電阻變化的神秘面紗是一項重要而有深刻意義的挑戰(zhàn)。為了澄清電阻開關出現(xiàn)的具

3、體位置和機理，本論文圍繞鈣鈦礦結構氧化物室溫下的電阻開關特性，并通過改變薄膜制備技術和實驗條件等手段對幾種材料的電阻存儲特性進行了詳細的研究，獲得了一些有意義的結果，主要結果如下：
　　 1.利用電化學工作站對Au-La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)-FTO異質(zhì)結的電阻開關特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)該三明治結構室溫下具有明顯的可重復性、非線性、非對稱性和回線型的電流電壓關系，這種I-V性可能歸因于Au/LCMO界面陷阱引起的

4、Poole-Frenkel(PF)和空間電荷限制電流(SCLC)雙重機制共同作用的結果。采用直流偏壓和脈沖電壓的激勵均可獲得兩個以上的穩(wěn)定的電阻態(tài)，表明此電阻開關效應具有多級電阻開關特性。
　　 2.采用溶膠凝膠(sol-gel)技術在FTO導電玻璃上成功制備了釩離子(V5+)摻雜的La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)薄膜，在電化學工作站上對Au/V:LCMO/FTO異質(zhì)結的電阻開關特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)該結構室溫下顯示出

5、可逆電阻開關特性，結果表明非晶格氧與氧空位以及陽離子空位之間的相互作用對三明治結構中的LCMO層中的載流子的輸運起作用。如果采取合適的摻雜濃度，3％V5+摻雜LCMO可以有效提高器件的電阻開關性能。最大電阻變化率可以達到700％。直流偏壓對Ⅰ-Ⅴ線的影響揭示了束縛電荷的分布對多極電阻開關現(xiàn)象的出現(xiàn)起至關重要的作用。
　　 3.利用脈沖激光沉積(PLD)技術在FTO導電玻璃上成功制備了La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)薄

6、膜與SrTiO3氧化物異質(zhì)結，利用電化學工作站對Au/LCMO/STO/FTO異質(zhì)結的電阻開關特性進行了研究，觀測到明顯的電阻開關效應的Ⅰ-Ⅴ特征曲線，通過交流阻抗測試，揭示了界面相關的電阻開關特性，值得注意的是，隨著直流偏壓的不斷升高，阻抗譜中的圓半徑逐漸減小，這是典型的法拉第電荷輸運特征，這表明，電阻開關可能歸因于界面處局域電化學反應而引起的電荷和質(zhì)量轉(zhuǎn)移，這些結果同時暗示氧空位的遷移可改變界面處的電荷分布，從而改變了界面電阻。

7、r>　　 4.利用溶膠凝膠(sol-gel)技術在FTO導電玻璃上沉積Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)薄膜，以Au為上電極獲得了三明治結構的原件，基于電化學工作站的電學測試，室溫下獲得了可逆的電阻開關特性并且觀測到了負阻現(xiàn)象。局域阻抗譜揭示一個界面相關的電學特性。直流偏壓依賴的阻抗譜顯示在Au/NBT/FTO異質(zhì)結界面上發(fā)生電荷和質(zhì)量轉(zhuǎn)移，被認為是氧空位的第一和第二電離能對高、低電阻態(tài)轉(zhuǎn)化起作用，通過改變所施加的脈沖電壓的頻率范