Nb-SrTiO3單晶Schottky結(jié)的電致阻變特性與機(jī)制研究.pdf

1、當(dāng)今世界信息技術(shù)的快速發(fā)展依賴于非易失性存儲(chǔ)器性能的不斷提高。為了獲得性能更加優(yōu)異的新型存儲(chǔ)器,大量的研究者都在尋找Flash存儲(chǔ)器的替代品。在多種氧化物材料中發(fā)現(xiàn)的電阻開關(guān)現(xiàn)象,由于其在非易失性阻變存儲(chǔ)器(ReRAM)中的應(yīng)用,而得到了廣泛的關(guān)注。然而其阻變機(jī)制仍然不清晰,這成為阻礙ReRAM進(jìn)一步發(fā)展并得以實(shí)際化應(yīng)用的最大障礙?，F(xiàn)有的阻變機(jī)制基本可以分為電子機(jī)制和離子機(jī)制兩類。相對(duì)于離子機(jī)制,基于電子機(jī)制的阻變效應(yīng)具有完全消除電形成

2、過程的潛力而增加了阻變特性的穩(wěn)定性。因此基于電子機(jī)制的電阻開關(guān)正在逐漸被科研人員和產(chǎn)業(yè)界所重視,并且成為當(dāng)前阻變研究的新熱點(diǎn)。典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的摻鈮鈦酸鍶(Nb:SrTiO3)單晶具有卓越的結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性,而且可以通過改變摻雜比或者缺陷量方便地控制載流子濃度和電導(dǎo)率的大小。此外單晶與多晶相比避免了高缺陷密度和晶粒的邊界效應(yīng)引起的復(fù)雜現(xiàn)象,阻止阻變特性顯現(xiàn)出多層次的行為,且與傳統(tǒng)的三明治結(jié)構(gòu)相比,單一的肖特基結(jié)構(gòu)為分析阻變機(jī)制提供便利。<

3、br>　　在這個(gè)背景下,本文主要研究了Nb:SrTiO3單晶肖特基結(jié)的電致阻變現(xiàn)象。獲得了一些有意義的結(jié)果,主要內(nèi)容如下:
　　發(fā)明了一種輔助制備薄膜電極的裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于操作,能夠成功地避免了薄膜電極制備過程中電極粘接和薄膜電極厚度不均現(xiàn)象的發(fā)生,為制備出高質(zhì)量的薄膜電極提供了有力的保證。
　　制備了具有良好性質(zhì)的In/Nb:SrTiO3肖特基結(jié)和歐姆結(jié)。通過濺射工藝制備出了具有良好整流特性的In/Nb:SrTi

4、O3肖特基結(jié);其次,通過幾種不同的制備工藝,制備出電阻率小,歐姆特性良好的In/Nb:SrTiO3歐姆結(jié)。提供了四種制備In/Nb:SrTiO3歐姆結(jié)的方法。
　　對(duì) In/Nb:SrTiO3器件的電致阻變特性進(jìn)行了研究。在Nb:SrTiO3單晶中發(fā)現(xiàn)、命名反常雙極性電阻開關(guān)現(xiàn)象并創(chuàng)造性的使用雙對(duì)稱二極管模型解釋了出現(xiàn)反常雙極性電阻開關(guān)的原因;通過對(duì)s-In/Nb:SrTiO3/o-In器件、s-In/Nb:SrTiO3/s-In

5、器件中電子輸運(yùn)過程的分析,認(rèn)為載流子俘獲與去俘獲模型是In/Nb:SrTiO3結(jié)的阻變機(jī)制,與傳統(tǒng)俘獲模型不同的是我們引入了低阻態(tài)載流子的隧穿效應(yīng)。
　　設(shè)計(jì)了一種二維平面多級(jí)阻變存儲(chǔ)器,該存儲(chǔ)器的平面結(jié)構(gòu)可以將電極的制備過程和阻變層的形成過程有機(jī)的結(jié)合起來,降低了器件制備的工藝難度、有利于器件的高密度集成且該平面阻變存儲(chǔ)具有極高的穩(wěn)定性、重復(fù)性和可明顯區(qū)分的多級(jí)阻態(tài);提出了一種多級(jí)阻變?cè)茨Ｐ?認(rèn)為不同阻態(tài)時(shí)氧空位俘獲載流子數(shù)目得

6、不同,造成了勢(shì)壘耗盡層寬度的不同,引起了多級(jí)阻態(tài)現(xiàn)象。
　　以氙燈(復(fù)色光)為光源,把器件的光電性質(zhì)與阻變特性結(jié)合起來。通過對(duì)In/Nb:SrTiO3肖特基結(jié)不同阻態(tài)光伏特性的分析排除了低阻態(tài)時(shí)的導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制,進(jìn)一步確定了肖特基勢(shì)壘的變化是引起電阻開關(guān)的來源;通過對(duì)不同研究小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)合我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,澄清了肖特基勢(shì)壘平均高度和有效高度的區(qū)別,提出了不同阻態(tài)時(shí),肖特基勢(shì)壘變化的新模型;通過對(duì)In/Nb:SrTiO3結(jié)