金屬摻雜鈦酸鍶單晶阻變機制的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和人類不斷變化的物質(zhì)需求，信息技術(shù)的發(fā)展尤為關(guān)鍵，信息科技的高速發(fā)展促使存儲器的更新?lián)Q代更加頻繁，現(xiàn)有的Flash存儲器在存儲性能方面已經(jīng)顯得‘力不從心’了，同時傳統(tǒng)的存儲技術(shù)在行業(yè)競爭中觸碰到了微型化的局限，所以研制性能更加優(yōu)越的下一代存儲器迫在眉睫。為了獲得新存儲材料和技術(shù)，科研工作者做了大量的研究工作，發(fā)現(xiàn)在氧化物材料中存在電阻開關(guān)現(xiàn)象。氧化物電致阻變存儲器具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、高速擦寫和極佳的尺寸縮小性等優(yōu)

2、勢，應(yīng)用前景十分光明。在阻變存儲器上施加一個電信號，存儲器的電阻會發(fā)生突變，在金屬氧化物中（例如NiO，TiO2，Nb2O5， SrTiOx， PLCMO， PCMO和 YBCO）可以觀察到這種現(xiàn)象。目前，已經(jīng)有人提出一些機制來描述電致阻變效應(yīng)，也存在很多解釋電致阻變效應(yīng)的理論，但這些理論一直處于爭論當(dāng)中，這些模型可以分成兩種：體效應(yīng)和界面效應(yīng)。體效應(yīng)包括：導(dǎo)電細絲模型，空間電荷限制效應(yīng)和法蘭克效應(yīng)等。界面效應(yīng)包括：離子（例如氧空位）的

3、電化學(xué)遷移，載流子（空穴和電子）的俘獲/去俘獲，莫特變程躍遷理論。即使是同種材料的相同結(jié)構(gòu)器件，對阻變機制的解釋也不統(tǒng)一，這就導(dǎo)致了此類存儲器的發(fā)展受到制約，也阻礙了它的實際應(yīng)用。因此，揭示電致阻變的真正機理是當(dāng)前一個非常重要的課題。在眾多氧化物阻變材料中，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鍶(SrTiO3)材料優(yōu)勢明顯：通過元素摻雜很容易實現(xiàn)對其組分和光電性能等調(diào)制。近年來，人們在多種元素摻雜的SrTiO3(STO)中發(fā)現(xiàn)了優(yōu)良的電致阻變現(xiàn)象，鈣鈦

4、礦結(jié)構(gòu)的摻釹鈦酸鍶（NdSTO）和摻鈮鈦酸鍶（NSTO）單晶擁有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。建立較為簡單阻變結(jié)構(gòu)，方便分析阻變機制。通過不同濃度摻雜，可以在禁帶中形成施主或受主能級，與某些金屬接觸易形成肖特基結(jié)或者歐姆結(jié)，通過電脈沖的激發(fā)使阻變材料置于不同的阻態(tài)。采用變溫的手段對摻雜量不同的NSTO進行I-V和阻態(tài)的測試，探究溫度和摻雜濃度對阻變的影響，確定了阻變發(fā)生的區(qū)域是在肖特基界面。
　　本文進行了NdSTO單晶阻變現(xiàn)象和變溫時N

5、STO的阻變現(xiàn)象研究如下：
　　1.制備出Pt/NdSTO/In阻變器件，對器件的阻變一些性能進行了測試，比如I-V循環(huán)、多級存儲、疲勞保持、時間效應(yīng)對器件的影響、光照影響、變溫等進行了研究，發(fā)現(xiàn)了其具備穩(wěn)定阻變性能；分析總結(jié)了阻變發(fā)生的發(fā)生區(qū)域在肖特基結(jié)面，阻變原因是肖特基勢壘中載流子的俘獲和逃逸引起的；建立了肖特基勢壘模型，初步探索出其內(nèi)部的機制，對其阻變進行了分析。
　　2.設(shè)計了一種變溫探針臺，極大地方便了變溫測試，

6、為我們實驗提供了幫助。該裝置的探針臺獨立設(shè)置并與測試臺腔室內(nèi)的電極可拆式連接，保證探針臺可在測試臺腔室內(nèi)自由移動，在測量樣品時，即使樣品因尺寸太大或放置位置較偏斜，也可通過調(diào)整探針臺位置，使樣品處于測試臺腔室的正中心位置，保證在合上測試臺腔室上蓋時也不會導(dǎo)致樣品和探針的錯動，保證樣品電極的安全性。
　　3.研究了不同濃度 Nb摻雜的STO在變溫環(huán)境下的阻變，可能是由于溫度影響了s-In/NSTO界面的肖特基勢壘，導(dǎo)致了高低阻態(tài)的變