碲基硫系化合物材料的憶阻特性研究.pdf

1、自2008年被實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)以來(lái)，憶阻器就受到了全球研究人員的廣泛關(guān)注。憶阻器能記憶流經(jīng)其的電荷，因而在非易失性存儲(chǔ)、邏輯運(yùn)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和可編程電路等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。然而目前憶阻器的研究仍處于起步階段，在材料、器件結(jié)構(gòu)、憶阻機(jī)理以及器件電阻的調(diào)控上還有許多問(wèn)題亟需進(jìn)一步研究。
　　本論文中研究了Ge2Sb2Te5、Ag5In5Sb60Te30、Sb2Te3三種不同的碲基硫系化合物材料，制備了憶阻器件，研究了幾種不同材料在憶阻特

2、性上的特點(diǎn)，提出了其憶阻機(jī)制，探討碲基硫系化合物憶阻器的器件改進(jìn)、特性調(diào)制方法和可能的應(yīng)用。本文主要工作與結(jié)論如下：
　　首先我們研究了Sb原子含量不超過(guò)化學(xué)計(jì)量比的Ge2Sb2Te5薄膜在非晶態(tài)下的憶阻特性，制備了兩種Ge2Sb2Te5憶阻器：一種是基于非活性電極的TiW/Ge2Sb2Te5/TiW結(jié)構(gòu)憶阻器件，高低阻變化范圍在1個(gè)數(shù)量級(jí)以內(nèi)，但器件電阻可多級(jí)連續(xù)調(diào)制，并構(gòu)建了基于空間電荷限制導(dǎo)電效應(yīng)的憶阻模型；另一種是采用活性

3、Ag電極的Ta/Ge2Sb2Te5/Ag和Ag/Ge2Sb2Te5/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器件，在Ge2Sb2Te5薄膜內(nèi)部發(fā)生Ag導(dǎo)電絲的形成和斷裂，導(dǎo)致器件的電阻變化，器件可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的阻變開(kāi)關(guān)，ROFF/RON可基本保持在50倍以上，且構(gòu)建了基于電化學(xué)金屬化反應(yīng)的憶阻模型。
　　其次，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ag5In5Sb60Te30薄膜在非晶態(tài)下能夠展現(xiàn)出良好的憶阻特性，構(gòu)建了基于本征的空間電荷限制導(dǎo)電效應(yīng)和非本征的電化學(xué)金屬化反應(yīng)兩種憶阻機(jī)制的A

4、g5In5Sb60Te30憶阻模型。在由空間電荷限制導(dǎo)電效應(yīng)和電化學(xué)金屬化反應(yīng)共同作用的Ag/Ag5In5Sb60Te30/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器中，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電阻漸變調(diào)控，精確地對(duì)器件電阻進(jìn)行調(diào)制。此外在Ag/Ag5In5Sb60Te30/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器中，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙極性和單極性的電阻漸變調(diào)制，但雙極性的電阻調(diào)控所需的脈沖能量比單極性調(diào)控更小，功耗更低。
　　最后，我們研究了晶態(tài)Sb2Te3薄膜的憶阻特性，提出其阻變行為與薄膜內(nèi)的

5、帶電缺陷有關(guān)。在高阻態(tài)下，由于普爾－法蘭克發(fā)射效應(yīng)，器件電阻隨外加電壓升高而降低；而當(dāng)外加電壓足夠大時(shí)，Sb2Te3薄膜內(nèi)的帶電缺陷可發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致器件電阻的進(jìn)一步突變。當(dāng)在器件一側(cè)使用活性的Ag電極時(shí)，Ag原子退火后會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入Sb2Te3材料，與Te原子結(jié)合，在電極/功能層界面附近造成更多的帶電缺陷；通過(guò)施加合適的脈沖序列，可在Ag/Sb2Te3/Ta憶阻器中同時(shí)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)切換和電阻漸變調(diào)制兩種特性。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ge2Sb2Te