收藏本站
《河南大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

SrTiO_3基阻变存储器的制备和性能研究

孙献文  
【摘要】:阻变存储(RRAM)以其在存储密度和存储速度上的独特优势,被认为是颇具潜力的下一代非易失性存储技术。然而阻变的微观机制一直不明晰,这成为RRAM存储应用的主要障碍。本论文采用脉冲激光沉积技术(PLD)制备了SrTiO3(STO)基电阻开关薄膜材料,通过改变金属电极和引入介质层的方法,系统研究了阻变器件的电阻开关特性,及其在新原理器件中的应用。本论文主要内容包括以下几个方面: 1. Au/STO/Ti存储器件的制备和电阻开关性能研究 以STO薄膜为阻变材料,选取具有不同功函的金属Au(5.1eV)和Ti(4.3eV)作为上下电极制备了Au/STO/Ti结构的存储器件。电学特性研究表明,STO/Ti之间形成欧姆接触,而Au/STO之间为肖特基接触。在±2.5V的偏压范围内,存储器件表现出逆时针双极电阻开关行为,对I-V和C-V曲线的分析表明阻变源于Au/STO界面肖特基势垒宽度或高度的改变,该界面势垒的改变是由缺陷能级的电荷俘获/释放诱导的;在经历了负极性的电形成电压操作后,器件在同样的±2.5V偏压范围内呈现出顺时针双极电阻开关行为,电学特性分析表明该阻变源于氧空位迁移诱导的氧化还原反应。薄膜内缺陷分布的不同导致了这两种不同特征的双极电阻开关行为。 2. Au/STO/Pt存储器件的电阻开关性能研究及其在实质蕴涵(IMP)逻辑运算中的应用 (1)由于金属/氧化物界面对存储器件的开关特性有重要影响,选择高功函Pt(5.6eV)为下电极制备了Au/STO/Pt结构的存储器。XPS分析说明STO薄膜所含元素价态分别为Sr2+、Ti4+和O2-,并且有氧空位存在。存储器件的初始态表现出整流行为,在经历过负极性的电形成偏压(约-6~-8V)之后,器件表现出单极或双极性电阻开关行为,其开关极性依赖于电形成过程中所设限制电流的大小。当限制电流为1mA,器件表现出双极电阻开关行为;当限制电流为10mA,表现出单极开关行为,并且两种极性之间可以相互转换。该现象表明不同的限制电流,器件内部形成的缺陷不同。对I-V特性的分析表明双极电阻开关是由于Au/STO界面处肖特基势垒的变化引起的;而单极电阻开关是由于缺陷构成的导电丝的形成与破裂致使的。对器件的非易失性研究表明,单极开关的高、低阻态均具有很好的保持能力,两周时间之后电阻值仍无较大的改变,但双极开关的电阻态仅能保持几个小时。 (2)IMP逻辑的研究还处于初始阶段,目前还未见单极忆阻器实现IMP“状态”逻辑的报道。本文选择具有单极开关特性的Au/STO/Pt器件为忆阻器构成了IMP逻辑电路,并通过理论模拟计算,探索IMP逻辑运算中电压、电流等参数设置的特点,以及逻辑运算的稳定性。该单极忆阻器具有较大的开关比值(大于1000),且在低阻态呈现线性Ⅰ-V关系,较小的调制因子(1.2)表明由于串联电阻(RG)的引入导致的开关比值的退偏非常弱,这证明IMP的可靠性被有效增强了。但单极开关阈值电压的离散性会影响IMP运算的重复性,计算表明通过选择合适的串联电阻(RG,500Ω)能减小阈值电压不稳定对IMP运算的影响;但彻底解决该问题,应优化忆阻器结构以使开关电压稳定在较小的范围内。 3. Au/NiO/STO/Pt存储单元的电学性能研究 界面势垒在电阻开关中起着重要作用,在金属/氧化物间插入非常薄的介质层将改变界面性质,进而影响存储器的电阻开关性质,所以本文采用PLD技术沉积了p-NiO/n-STO异质结,并制备了Au/NiO/STO/Pt结构的阻变存储器件。该器件的电学测试结果如下: (1)在电形成过程中设置较小的限制电流,由于界面势垒的存在,器件表现出双极电阻开关行为,并且他们的回线方向可以在顺时针和逆时针间可逆转换;通过对I-V曲线的拟合发现,高阻态和低阻态分别对应肖特基整流和隧穿机制,进一步分析表明,逆时针(顺时针)双极开关是由于NiO/STO上界面处p-n结势垒(STO/Pt下界面肖特基势垒)的改变引起的,该界面势磊的改变由电荷诱捕效应导致。 (2)在电形成过程中若设置较大的限制电流(10mA),界面势垒消失,器件表现单极电阻开关行为;负偏压下,单极开关能反复切换,但正偏压下,开关仅重复约4-7个周期便消失。其原因是不同极性的偏压驱使氧空位向相反方向移动,使得开关发生的位置随之上下移动。负偏压时,由缺陷组成的导电细丝断开和复合的位置在STO薄膜内;正偏压下,导电细丝的断开位置向NiO/STO上界面移动,同时氧离子将NiO薄膜中的Ni导电丝氧化,致使开关现象消失。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP333

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 付承菊;郭冬云;;铁电存储器的研究进展[J];微纳电子技术;2006年09期
2 周益春;唐明华;;铁电薄膜及铁电存储器的研究进展[J];材料导报;2009年09期
3 黄征,庄弈琪;一种新型存储器件—磁电存储器[J];国外电子元器件;2004年04期
4 王源;贾嵩;甘学温;;新一代存储技术:阻变存储器[J];北京大学学报(自然科学版);2011年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋学萍;王佩红;孙兆奇;;射频溅射Si膜的微结构与光学性质研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年03期
2 焦真真;张求慧;李建章;揭淑俊;;芦竹苯酚液化工艺的研究[J];安徽农业科学;2008年12期
3 刘国龙;关巍;高远;;TCO玻璃的应用及制备方法[J];安阳工学院学报;2010年02期
4 隋普辉;陆雷;张翠玲;;正交试验法研究锂锌铝硅微晶玻璃的热处理工艺[J];兵器材料科学与工程;2009年03期
5 温梁,汪家友,杨银堂;超大规模集成电路中低介电常数薄膜的制备与检测技术[J];微纳电子技术;2004年03期
6 顾江;施敏;王强;蔡小鹏;;高P_r/低P_r栅FFET漏极电流与铁电材料特性的关系[J];微纳电子技术;2010年11期
7 陈光华,蔡让岐,宋雪梅,贺德衍;多孔硅衬底微波CVD金刚石薄膜的制备及其场电子发射[J];半导体学报;2004年03期
8 张求慧;赵广杰;何静;;三倍体毛白杨及杉木苯酚液化物的结构分析[J];北京林业大学学报;2006年03期
9 王立祥;王兆祥;;浅析电致变色玻璃中的电致变色材料[J];玻璃;2011年04期
10 常同钦;;类金刚石膜的物理特性及应用[J];表面技术;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 刘平;赵学全;关丽;梁禄生;陈土华;童真;邓文基;;新型有机电致变色材料的制备及其性能[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
2 唐会毅;王华;张玉碧;张立新;罗维凡;;SiC热电偶保护套管的微观组织对其服役寿命的影响分析[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
3 廖道达;陆德强;刘文燕;邱君苑;;金刚石锦上添花[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
4 王洁冰;许旻;邱家稳;;钙钛矿型锰氧化物在热控薄膜材料方面的应用[A];全国薄膜技术学术研讨会论文集[C];2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王涛;镍/铁沉积薄膜微观结构及其特性的分子动力学研究[D];湘潭大学;2010年
2 张军;铁电薄膜界面效应与尺寸效应的研究[D];湘潭大学;2010年
3 韩立娟;SiO_2对小麦面筋蛋白膜物理性能的影响及机理研究[D];河南工业大学;2010年
4 靳黎娜;过渡金属基微、纳米材料的水热/溶剂热合成、表征及其性能研究[D];安徽师范大学;2010年
5 王淑珍;HIT太阳电池硅片处理及复合透明导电膜的研究[D];江南大学;2010年
6 牟雷;负载型氧化锌及其他几种氧化物的结构表征与研究[D];昆明理工大学;2010年
7 邓其明;PECVD氮化硅薄膜的制备工艺及仿真研究[D];电子科技大学;2010年
8 袁艳梅;镧负载粉煤灰基吸附剂深度处理稀土冶炼氨氮废水[D];昆明理工大学;2010年
9 赵鲁梅;铜渣催化热解气化生物质的实验研究[D];昆明理工大学;2010年
10 梁建鹤;阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列及其性质研究[D];福建师范大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 苏革,闻立时,成会明;金钢石薄膜与基材之间过渡层技术的研究[J];材料科学与工艺;1998年04期
2 彭程,程璇,张颖,陈志武,孟健;Ce_(1-x)Pr_xO_(2-x/2)的溶胶凝胶法的合成及其性质[J];功能材料;2003年03期
3 杨平雄,郑立荣,倪如山,林成鲁;脉冲激光沉积SrBi_2Ta_2O_9铁电薄膜电容特性研究[J];功能材料与器件学报;1997年02期
4 李铁军,刘晶儒,王丽戈;XeCl(308nm)脉冲准分子激光淀积类金刚石薄膜[J];光学学报;1997年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 戴闻;SrTiO_3在微电子器件中取代硅材料的前景[J];物理;2005年05期
2 刘超,李建平,曾一平;溶胶-凝胶工艺制备SrTiO_3纳米薄膜的研究[J];半导体技术;2005年05期
3 龚雪昌;(1-x-y)SrTiO_3·xBi_2O_3·yTiO_2系陶瓷材料的介电性质[J];电子元件与材料;1984年03期
4 季惠明,郝俊杰,梁辉;SrTiO_3基压敏陶瓷低压化途径[J];电子元件与材料;2000年03期
5 孙献忠,王彦美;PbO气相热扩散条件对SrTiO_3基多功能陶瓷性能的影响[J];洛阳师范学院学报;2000年02期
6 季会明,徐廷献;SrTiO_3压敏电阻耐浪涌电流特性的研究[J];电子学报;1996年12期
7 陈益栋,刘兴权,李志锋,陆卫,沈学础;GaAs/SrTiO_3 MBE外延单晶薄膜晶格振动的研究[J];红外与毫米波学报;2000年03期
8 孙献忠,刘贤,鲍慈光,杨宗璐;Bi_2O_3气相热扩散及其工艺条件对SrTiO_3基多功能陶瓷性能的影响[J];云南大学学报(自然科学版);1998年05期
9 鲍慈光,杨宗璐,孙献忠,赵景畅,李琳;Bi~(3+)气相扩散对SrTiO_3基功能陶瓷晶界的影响[J];化学物理学报;1999年02期
10 胡金元;BaTiO_3和SrTiO_3的反应速率[J];传感器技术;1984年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张彬;季惠明;初振华;张颖;张周;;无机盐原料溶胶-凝胶法制备CuO-SrTiO_3薄膜及其气敏性的研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
2 王春雷;王洪超;苏文斌;刘剑;彭华;张家良;梅良模;;双掺杂SrTiO_3的热电性能和纳米第二相产生机理[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
3 方佑龄;赵文宽;黄玲;康俊明;袁良杰;;过氧化物热分解法制备SrTiO_3超细粉的研究[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
4 江涛;蔡伟;江丽君;;晶界施受主掺杂的缺陷行为对SrTiO_3基(压敏-电容)材料性能的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
5 周萍;张永彬;黄火根;蒋春丽;;PLD在SrTiO_3(100)晶面沉积YBCO薄膜性能分析[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
6 崔旭高;张世远;杨名;曹春海;杨森祖;尤立星;吉争鸣;康琳;许伟伟;;YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3/Nd_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3结的自旋准粒子隧穿注入[A];第四届全国磁性薄膜与纳米磁学会议论文集[C];2004年
7 阮圣平;吴凤清;张彤;刘国范;索辉;王兢;徐宝琨;赵慕愚;;纳米晶SrTiO_3的合成及其介电性能的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
8 黄文;孙小峰;蒋书文;张鹰;李言荣;;非晶SrTiO_3纳米薄膜退火处理方法的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
9 姬洪;左长明;何士明;熊杰;李言荣;;SrTiO_3薄膜材料的高分辨率X射线衍射分析研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
10 仇萍荪;程文秀;何夕云;郑鑫森;丁爱丽;;SrTiO_3衬底上溅射法外延生长PLZT薄膜[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵效民;NVRAM:让数据永在[N];计算机世界;2004年
2 刘洪宇;巨头联手 闪存公司Numonyx组建在即[N];中国计算机报;2007年
3 ;意法半导体与英特尔将组建全新闪存公司[N];人民邮电;2007年
4 侯静何天进;新一代智能自动报靶装置问世[N];科技日报;2002年
5 ;英特尔与意法半导体组建全新闪存公司[N];人民邮电;2007年
6 蔡军;英特尔二季度收入87亿美元[N];消费日报;2007年
7 文月;英特尔、意法组建恒忆公司[N];电子资讯时报;2008年
8 本报记者 吴挺;DV你的快乐[N];计算机世界;2004年
9 Jonkey;CPU和内存将会合并[N];电脑报;2010年
10 于寅虎;英飞凌领跑下一代内存开发技术[N];中国电子报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙献文;SrTiO_3基阻变存储器的制备和性能研究[D];河南大学;2012年
2 李颖弢;基于二元金属氧化物阻变存储器的研究[D];兰州大学;2011年
3 金林;电荷俘获型存储器阻挡层的研究[D];安徽大学;2012年
4 张胤;用于相变存储器的Sb-Te基和Sb基相变材料研究[D];上海交通大学;2010年
5 赵建伟;ZnO基薄膜及其阻变式存储器的研制[D];北京交通大学;2012年
6 沈宗洋;稀土Nd掺杂SrTiO_3基高储能介质陶瓷缺陷结构及介电性能研究[D];武汉理工大学;2007年
7 李颖;碱金属与碱土金属钛酸盐的制备及性能研究[D];南开大学;2009年
8 付永忠;基于AFM和硫系相变材料的超高密度数据存储机理研究[D];江苏大学;2010年
9 贠江妮;钙钛矿型氧化物半导化掺杂与表面吸附光电特性的理论研究[D];西北大学;2010年
10 张睿智;热电氧化物钛酸锶电热输运的理论研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾叶娟;分立电荷俘获型存储器模拟研究[D];安徽大学;2012年
2 顾晶晶;金属氧化物阻变存储器性能提升的方法和机理研究[D];复旦大学;2011年
3 李德君;MAHOS结构电荷俘获型存储器研究[D];安徽大学;2010年
4 钟德懿;基于PCIE接口混合存储系统的设计与实现[D];华中科技大学;2011年
5 周丽萍;基于TiO_2薄膜的电阻开关特性研究[D];杭州电子科技大学;2011年
6 杨晓利;SrTiO_3光电材料和染料敏化太阳能电池的性能研究[D];河南大学;2012年
7 柯伟青;基于氧化锌薄膜的电阻开关特性研究[D];杭州电子科技大学;2010年
8 王子平;钛酸锶薄膜的阻变性能研究[D];湘潭大学;2011年
9 陈伟峰;基于氧化镍薄膜的电阻开关特性研究[D];杭州电子科技大学;2011年
10 王志建;SrTiO_3基微波介质陶瓷的制备与改性研究[D];武汉理工大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026