鈣鈦礦結(jié)構(gòu)金屬氧化物薄膜的室溫可逆電阻開(kāi)關(guān)特性研究.pdf

1、隨著器件尺寸低于100nm，半導(dǎo)體工業(yè)就面臨技術(shù)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(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖中。為了克服基于電荷存儲(chǔ)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的限制，各種新型的非易失性存儲(chǔ)器件應(yīng)運(yùn)而生，其中包括相變存儲(chǔ)器、聚合體存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器和電阻存儲(chǔ)器。在這些新型存儲(chǔ)器中，阻變存儲(chǔ)器(RRAM)以其非易失特性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、高速度、高密度集成等優(yōu)良性能受到越來(lái)越多的關(guān)注，被認(rèn)為是下一代“通用”存儲(chǔ)器的強(qiáng)有力候選者之一

2、。室溫下具有電阻開(kāi)關(guān)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(fù)雜鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物、硫化物以及有機(jī)材料中紛紛發(fā)現(xiàn)這種新奇的電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)。為了揭示這種奇特效應(yīng)真正的動(dòng)力學(xué)原因，迄今已經(jīng)取得多方面的研究成果。然而，至今還沒(méi)有哪一個(gè)理論模型能夠?qū)Υ爽F(xiàn)象作一個(gè)清析而完整的解釋?zhuān)碚摲治鲞€相當(dāng)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(kāi)電阻變化的神秘面紗是一項(xiàng)重要而有深刻意義的挑戰(zhàn)。為了澄清電阻開(kāi)關(guān)出現(xiàn)的具

3、體位置和機(jī)理，本論文圍繞鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物室溫下的電阻開(kāi)關(guān)特性，并通過(guò)改變薄膜制備技術(shù)和實(shí)驗(yàn)條件等手段對(duì)幾種材料的電阻存儲(chǔ)特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究，獲得了一些有意義的結(jié)果，主要結(jié)果如下：
　　 1.利用電化學(xué)工作站對(duì)Au-La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)-FTO異質(zhì)結(jié)的電阻開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該三明治結(jié)構(gòu)室溫下具有明顯的可重復(fù)性、非線性、非對(duì)稱(chēng)性和回線型的電流電壓關(guān)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(jī)制共同作用的結(jié)果。采用直流偏壓和脈沖電壓的激勵(lì)均可獲得兩個(gè)以上的穩(wěn)定的電阻態(tài)，表明此電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)具有多級(jí)電阻開(kāi)關(guān)特性。
　　 2.采用溶膠凝膠(sol-gel)技術(shù)在FTO導(dǎo)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(xué)工作站上對(duì)Au/V:LCMO/FTO異質(zhì)結(jié)的電阻開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)室溫下顯示出

5、可逆電阻開(kāi)關(guān)特性，結(jié)果表明非晶格氧與氧空位以及陽(yáng)離子空位之間的相互作用對(duì)三明治結(jié)構(gòu)中的LCMO層中的載流子的輸運(yùn)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(kāi)關(guān)性能。最大電阻變化率可以達(dá)到700％。直流偏壓對(duì)Ⅰ-Ⅴ線的影響揭示了束縛電荷的分布對(duì)多極電阻開(kāi)關(guān)現(xiàn)象的出現(xiàn)起至關(guān)重要的作用。
　　 3.利用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)在FTO導(dǎo)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(jié)，利用電化學(xué)工作站對(duì)Au/LCMO/STO/FTO異質(zhì)結(jié)的電阻開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行了研究，觀測(cè)到明顯的電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)的Ⅰ-Ⅴ特征曲線，通過(guò)交流阻抗測(cè)試，揭示了界面相關(guān)的電阻開(kāi)關(guān)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(yùn)特征，這表明，電阻開(kāi)關(guān)可能歸因于界面處局域電化學(xué)反應(yīng)而引起的電荷和質(zhì)量轉(zhuǎn)移，這些結(jié)果同時(shí)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(shù)在FTO導(dǎo)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(jié)構(gòu)的原件，基于電化學(xué)工作站的電學(xué)測(cè)試，室溫下獲得了可逆的電阻開(kāi)關(guān)特性并且觀測(cè)到了負(fù)阻現(xiàn)象。局域阻抗譜揭示一個(gè)界面相關(guān)的電學(xué)特性。直流偏壓依賴的阻抗譜顯示在Au/NBT/FTO異質(zhì)結(jié)界面上發(fā)生電荷和質(zhì)量轉(zhuǎn)移，被認(rèn)為是氧空位的第一和第二電離能對(duì)高、低電阻態(tài)轉(zhuǎn)化起作用，通過(guò)改變所施加的脈沖電壓的頻率范