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硅中空间电荷限制电流导致的磁电阻和电致电阻

金鑫  
【摘要】:欧姆定律作为一种最为普适性的规律被人们所接受。但在真实的材料体系中,欧姆定律通常是不成立的。例如在真空、半导体、二极管以及离子溶液中。对于其中的一种特例,当过量的载流子被注入到介质中,负载中的电流与其两端的电压将会偏离线性欧姆定律,出现空间电荷限制电流(SCLC)现象,此时Ⅰ-Ⅴ曲线将满足Mott-Gurrey定律(Ⅰ∝Ⅴ2)。近年来,人们在室温下轻掺杂硅中发现,空间电荷效应(SCE)可以导致大磁电阻的产生。而能否在室温下低阻样品中利用SCLC获得较大的磁电阻数值成为了我们所关注的问题。本文研究了掺杂浓度对SCLC的影响。在重掺杂样品中较低电压范围观察到SCLC现象,样品Ⅰ-Ⅴ曲线可分为三个区间:Ohm区间、陷阱填充区间和Mott-Gurrey区间。随着温度的降低,Ⅰ-Ⅴ曲线的陷阱填充区间被压缩。在低温下,SCLC区间的磁电阻数值较欧姆区间有显著提升。恒定电流下的磁电阻随温度变化的形式表明其数值可能与载流子的热激活行为密切相关。 此外,忆阻器的提出已有40余年的历史了,最近真实忆阻器的发现激起了人们广泛的兴趣。其主要有两个特点,Ⅰ-Ⅴ回线经过原点,在高电场下存在电致电阻现象。但依据Ⅰ-Ⅴ回线形状的分类,人们所研究的大多属于第Ⅰ类忆阻器,Ⅰ-Ⅴ回线在原点发生交叉。在本文中,掺杂所带来的离化/俘获载流子的动态过程,与外界施加电压的历史密切相关。在电压增加的过程中,陷阱填充过程占主导。而电压降低的过程中,陷阱俘获的载流子被释放,离化过程占主导。这会导致电压上行区间与下行区间不重合,产生电致电阻现象,形成Ⅰ-Ⅴ回线。由于低电压下的欧姆区间的存在,Ⅰ-Ⅴ回线在该区间重叠。因而从Ⅰ-Ⅴ回线的形状来看,属于第Ⅱ类忆阻器。Ⅱ类忆阻器Ⅰ-Ⅴ回线与频率、磁场、温度的依赖特性不同于以往Ⅰ类忆阻器中的报道,其中可能包含着解释忆阻现象的全新机制这可以进一步推进忆阻器技术以及其背后的物理机制研究。


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