銀電極氧化對雙極性電阻轉變影響及WO3局域電阻轉變研究.pdf

1、近年來基于電脈沖觸發(fā)誘導電阻轉變現象(EPIR)的電阻式隨機存儲器(RRAM)由于其結構簡單、存儲密度高、耗能低、與半導體CMOS工藝兼容性好等優(yōu)勢,受到了物理學、材料學、半導體器件等專業(yè)科研人員的重視。
　　 本論文中我們研究了銀電極的氧化物對器件雙極性電阻轉變性能的影響,我們制備了三種不同的器件:Ag／WO3-x／Pt器件、Ag／AgOx／Pt器件和Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件,其中銀的氧化物薄膜AgOx是在氧氣氛下

2、利用PLD技術沉積而成,利用X射線光電子譜分析顯示氧氣氛下制備的金屬Ag發(fā)生氧化作用。通過對三種器件電學性能進行研究發(fā)現,電阻轉變行為受到銀的氧化物層AgOx的直接影響。三種器件顯示出完全不同的Ⅰ-Ⅴ特性曲線:由于WO3-x薄膜中存在大量氧缺陷,Ag／WO3-x／Pt器件顯示出類金屬性的輸運行為；Ag／AgOx／Pt器件和Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件均有電阻轉變出現,分別顯示出體效應和界面效應的電阻轉變行為,并且Ag／AgOx／

3、WO3-x／Pt器件的Ⅰ-Ⅴ滯后顯示出很強的整流行為,這是因為AgOx／WO3-x之間形成類似p-n形式的異質結,界面處勢壘的出現在電阻轉變中占主要地位,彌補了WO3-x薄膜中氧缺陷過多的不足。對Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件高低電阻狀態(tài)與電流、電壓變化關系進行研究發(fā)現,該器件發(fā)生電阻轉變現象主要受控于電場作用,而與電流控制的熱效應沒有更強的關聯(lián)作用。通過微區(qū)X射線光電子譜分析結果顯示,這種電阻轉變現象的起因源于AgOx層中發(fā)生的

4、銀的電化學氧化還原作用。我們還對具有電阻轉變行為的兩組器件Ag／AgOx／Pt器件和Ag／AgO2／WO3-x／Pt器件進行了疲勞性與保持性等測試發(fā)現,與Ag／AgOx／Pt器件相比,Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件顯示出了更加優(yōu)越的器件性能:擦寫次數高達8000多次,保持時間也維持了10000s以上,預期其擦寫次數與保持時間甚至還能夠更好；開關比ROFF／RON高達20,遠遠滿足實際器件應用中能夠被外部電路區(qū)分的開關比大于10的要

5、求,電阻轉變觸發(fā)電壓較小,只需-1 V和+0.7 V,滿足實際器件耗能小的要求。并且WO3-x薄膜具有與CMOS工藝兼容性良好、制備工藝簡單等優(yōu)點,這些都為器件的實際應用提供了很好的基礎。
　　 我們還利用導電原子力顯微鏡技術對WO3-x薄膜局域電阻轉變現象進行了一系列研究。研究發(fā)現,導電通道在反復的寫入-擦除過程中會優(yōu)先出現在第一次觸發(fā)時出現的位置,但隨著多次擦除過程大約只有很少的一部分導電通道(30％)能夠比較穩(wěn)定的保持下來