阻變式存儲器的性質(zhì)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進步，半導(dǎo)體制造工藝水平的提高，信息產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。信息存儲作為信息技術(shù)的一部分也得到了空前進步，存儲器正朝著集成度不斷提高、外觀更加精巧、重量更輕、存取速度更快、存儲容量不斷增大的方向發(fā)展。傳統(tǒng)意義上的存儲器是基于晶體管對電荷的存儲而制造的，許多時候無法滿足信息技術(shù)迅速發(fā)展的需要，因此尋找一種高密度、非揮發(fā)性，低功耗的下一代存儲器已經(jīng)迫在眉睫?，F(xiàn)階段更多的研究者們把關(guān)注的重點放在非易失性存儲器上，例如鐵電存儲器，磁存

2、儲器，相變存儲器、電阻存儲器。在這些存儲器中，阻變存儲器因自身的許多優(yōu)點普遍受到了人們的廣泛關(guān)注，它具有結(jié)構(gòu)簡單、讀寫速度快、制造成本低、功耗低、單個器件可縮小至數(shù)十納米等特點，在眾多的絕緣材料和半導(dǎo)體材料中紛紛發(fā)現(xiàn)這種新奇的電阻開關(guān)效應(yīng)。隨著研究的不斷進行，我們發(fā)現(xiàn)了阻變存儲器許多新的有趣的現(xiàn)象：單極性電阻開關(guān)和雙極性電阻開關(guān)在一定的限制條件下可以相互轉(zhuǎn)化；阻變存儲器電學(xué)性質(zhì)Ⅰ-Ⅴ曲線的順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針的旋轉(zhuǎn)受到電形成過程的影響，可

3、以通過控制電形成過程來控制其旋轉(zhuǎn)方向；我們在阻變存儲器的研究中發(fā)現(xiàn)了無極性電阻開關(guān)和非常規(guī)雙極性電阻開關(guān)的存在，同時得出非常規(guī)雙極性電阻開關(guān)在合適的條件下可以轉(zhuǎn)化為常規(guī)性雙極性電阻開關(guān)。這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)能夠為研究者更全面的了解電阻開關(guān)的形成機制提供很好的幫助。然而迄今為止，還沒有哪一個理論模型能對這些現(xiàn)象作出一個完整清晰的解釋，理論分析還比較欠缺，仍有大量工作要做。本論文通過激光脈沖技術(shù)(PLD)制備了薄膜電阻開關(guān)器件，通過改變襯底條件，

4、引入光照等方法來具體研究阻變存儲器的機制，另外，本人在對電阻開關(guān)實現(xiàn)邏輯門電路的研究中有些新的想法和研究結(jié)果。本論文主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 1.采用脈沖激光沉積技術(shù)制備了Au/STO/Pt結(jié)構(gòu)的阻變存儲器件，通過X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)分析薄膜的特性。之后應(yīng)用Keiythley2400對阻變器件進行電學(xué)性能測試，在經(jīng)歷了Electroforming電壓操作后，阻變器件表現(xiàn)

5、出良好的開關(guān)性能，包括較低的閾值電壓、良好的抗疲勞性和保持特性。根據(jù)測得的電學(xué)性質(zhì)Ⅰ-Ⅴ曲線，應(yīng)用缺陷和氧空位之間捕獲和去捕獲理論來解釋所得到的雙極性電阻開關(guān)性質(zhì)。另外，根據(jù)雙極性電阻開關(guān)的特點和優(yōu)勢，構(gòu)造適當(dāng)?shù)倪壿嬛?，在前人的基礎(chǔ)之上，利用簡單的阻變存儲器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存取，結(jié)合現(xiàn)代隨機存儲器的結(jié)構(gòu)和新型阻變存儲器的工藝，實現(xiàn)新型阻變存儲器的構(gòu)造，并將阻變存儲器與晶體管存儲器進行簡單的比較，在芯片功能，引腳作用，如何實現(xiàn)存儲方面進行了介紹

6、。
　　 2.制備了Au/Nb：STO/Pt和Au/Nb：STO/FTO三明治結(jié)構(gòu)阻變存儲器，通過各種表征手法分析兩種存儲器結(jié)構(gòu)上的異同，分別測量它們的電學(xué)Ⅰ-Ⅴ曲線，由于襯底的不同曲線趨勢會有明顯差異，對阻變存儲器的性質(zhì)產(chǎn)生了一定影響，這是因為，肖特基勢壘在阻變開關(guān)現(xiàn)象中起到了重要作用。使用LED陣列燈光對器件進行照射，觀測兩種不同器件在光照后表現(xiàn)出來的共同特征，并根據(jù)理論基礎(chǔ)解釋這個現(xiàn)象。通過不同的激發(fā)電壓和限制電流來實現(xiàn)阻