收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微纳米尺度下有机/无机忆阻器电荷存储机理研究

周广东  
【摘要】:随着电子产品的不断小型化和电子元件集成度不断提高,对信息存储提出了更高的要求。对于传统的存储器而言,特别是大量电子产品所使用闪存存储器在小型化和高集成度的进程中遇到瓶颈,其二氧化硅厚度不断减薄致使漏电流密度的增大,最终导致存储信息流失。忆阻器是近几十年来发展起来的一种新型存储器,它通过电阻的跃变和恢复来实现信息的存储,其不仅功耗小、存储密度高,而且具备制备工艺简单和延展性好。凭借新材料的发现、器件结构的设计和与其他电子器件(纳米发电机、场效应晶体管、振荡器等)的结合,忆阻器的研究取得重要的突破和进展。因此,忆阻器被认为是取代闪存器件的最有前景存储器。然而,忆阻器本身也面临一些挑战,例如,忆阻器控制参量多,忆阻器存储单元间和单元本身忆阻性能不稳定和忆阻机理还不明确等。其中,忆阻器的机理是这些挑战中最基本的,也是最重要的因素,直接决定忆阻器的开发、控制和应用。自忆阻效应被发现以来,对忆阻机理的研究一直没有停止过。被广泛接受认可的忆阻机理包含两种:导电细丝通道和缺陷态的填充。导电细丝通道模型是通过导电细丝的形成和断开实现电阻跃变和恢复,而缺陷态填充中通过电荷注入缺陷态和从缺陷态中抽取出来,从而达到改变忆阻功能层的电阻状态的目的。这两种阻变机理能够较好的解释大部分纳米忆阻器中观察到的忆阻现象,然而从忆阻功能层材料种类上看,不仅含有过渡族金属氧化物,掺杂半导体,天然有机物和合成有机物;此外,忆阻机理机制的研究只局限于纳米尺度,对块体材料或者近块体材料的忆阻机理研究还处于空白状态,更为重要的是,研究忆阻机理机制中确很少考虑外界环境的影响。本文主要围绕有机无机忆阻功能层材料、功能层尺度、器件结构设计和外界环境影响四个方面,对出现的忆阻现象的机理机制展开深入研究,其内容包含以下几个方面:首先,我们通过水热方法合成由MoS_2纳米薄片自组装形成的空心微米球,通过旋涂的方法在氧化铟锡薄膜导电玻璃(ITO)上制备厚度为几十微米量级的MoS_2功能层,最后通过掩膜法制备金属Ag上电极,即忆阻器件的结构为Ag/MoS_2/ITO。电流-电压(I-V)曲线测量表明,制备的微米器件具有双极型忆阻效应,其高阻态(HRS)与低阻态(LRS)的比率约为10~4量级,忆阻器循环次数接近200。对其I-V曲线进行拟合,拟合结果表明,该MoS_2制备的忆阻器件在HRS区域由空间限制电流,即缺陷态电荷填充行为主导;在LRS区域由欧姆机理主导。通过对器件的截面能谱扫描电镜(Energy dispersive X-ray Spectroscopy)分析可知,由于微米球的疏松堆积产生大量缝隙,金属Ag电极制备过程中通过这些缝隙在距离ITO下电极为百纳米量级或者更小的范围内对忆阻效应产生贡献。此外,对没有生长电极的MoS_2/ITO样品进行I-V测量同样可以观测到明显的忆阻效应,说明,连接微米球之间MoS_2纳米片层接触产生的晶界,电荷在这些晶界的转移同样对忆阻效应有贡献。因此,对准微米量级MoS_2制备的忆阻器件由电荷晶界转移、金属Ag导电细丝通道和电荷界面缺陷态填充共同主导观察到的忆阻效应。其次,为避免微米器件中纳米通电细丝的形成,我们通过水热的方法制备超长的MoSe_2掺杂的半导体Se微米线,其长度为~500微米,直径为2微米。为减弱界面的影响,我们在SiO_2基底上制备金属Au电极,通过四探针测试平台,挑选出单根较长的微米线,然后覆盖一层金属Ag电极,即器件的结构为Ag-Au/MoSe_2-doped Se/Au-Ag。对其I-V测试表明,制备器件具有明显稳定的忆阻效应,同时具有连续性的置位(SET)和复位(RESET),因此该微米器件属于电子型忆阻器(ERSMs)。通过对其I-V曲线的拟合,结果表明,在LRS和HRS都由电荷缺陷态填充/抽取主导。再次,以过渡族金属氧化物TiO_x为代表,研究其纳米尺度的忆阻行为。将异丙醇、异丙醇钛、盐酸混合制成前驱体溶液,再在F掺杂的SnO_2导电玻璃(FTO)或者Pt/SiO_2/Si衬底上旋涂制备55nm的TiO_2薄膜,经过退火850K退火3小时,然后通过掩膜版制备金属Ag或者Au电极,I-V曲线表明,该器件具有明显的忆阻和负微分电阻共存效应,这种共存效应可以由外界空气湿度调控。对比Ag/TiO_x/FTO,Au/TiO_x/FTO和Ag/TiO_x/FTO器件的忆阻效应,我们得出具有竞争的导电Ag细丝通道和氧空位迁移形成的导电通过主导了忆阻和负微分电阻共存效应。外界水分子在与表面氧空位(V_o)、亚表面氧空位作用下分解出氢氧根(OH~-),其在外加电场作用下沿着TiO_x薄膜晶界移动,加速了Ag电极氧化产生的Ag~+和V_o迁移,增强了其忆阻和负微分电阻室温共存效应。最后,在有机物制备的纳米薄膜器件中,我们使用10%H_2O_2使得蛋清(egg albumen)的混合溶液为前驱体溶液旋涂在柔性衬底ITO电极上,然后利用掩膜版制备金属Ag上电极,即器件结构为Ag/Egg Albumen/ITO。I-V曲线测量表明,制备器件具有良好的忆阻效应。该器件在经过大角度弯折次数大于10~3,HRS/LRS大于10~4,循环次数可高达900次。通过红外光谱分析,蛋清中蛋白链被H_2O_2氧化后发生断裂重组,使得其包裹的Fe~(3+)、Na~+、Na~+等离子暴露在蛋白质链之外,形成新的缺陷态,增强了蛋清薄膜的忆阻效应。本文从材料、结构、尺寸和环境四个方面研究了忆阻器机理,在微米尺度下,观察到的是由电子逐渐填充主导的电子型忆阻行为;在纳米尺度下,界面电子输运、阴(阳)离子迁移、缺陷态填充对忆阻有贡献,同时受到环境影响。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 王久敏;陈坤基;宋捷;余林蔚;吴良才;李伟;黄信凡;;氮化硅介质中双层纳米硅薄膜的两级电荷存储[J];物理学报;2006年11期
2 陈宇晓;杨谟华;唐丹;尹显东;;高速瞬态脉冲“缓冲减速”原理和模型[J];半导体技术;2006年10期
3 刘奇斌;宋志棠;吴良才;封松林;;锗纳米晶浮栅存储器的电荷存储特性[J];功能材料与器件学报;2007年02期
4 ;碳纳米管的电荷存储能力得到提升[J];硅酸盐通报;2009年01期
5 费庆宇;用C-V法观察介质-半导体界面的电荷存储效应[J];电子产品可靠性与环境试验;1997年06期
6 李英敏;;高速注入逻辑的某些考虑[J];电子计算机动态;1979年08期
7 孟耀勇,张月清,武胜利;DH激光器的电荷存储效应[J];发光学报;1990年03期
8 ;前沿扫描六则[J];农村青少年科学探究;2018年06期
9 宫丽华;;向更高容量与更低成本迈进 Spansion MirrorBit Quad谱新章[J];电子测试;2006年11期
10 张东林;陈钢进;赵延海;;氟化乙丙烯共聚物薄膜驻极体电荷存储性能与电晕产生模式相关性[J];材料研究学报;2013年04期
11 陈平,黄美浅,李斌,李观启;氧退火对Ba_(1-x)Sr_xTiO_3薄膜电荷存储特性的影响[J];华南理工大学学报(自然科学版);2004年08期
12 陈钢进;肖慧明;夏钟福;;电晕充电多孔PTFE/PP复合驻极体过滤材料的电荷存储特性[J];物理学报;2006年05期
13 魏同茹;王英龙;褚立志;刘保亭;傅广生;;介电层/PbZr_(0.4)Ti_(0.6)O_3/介电层模块的高容量电荷存储[J];电子元件与材料;2008年06期
14 袁晓利,施毅,朱建民,顾书林,郑有炓;界面陷阱对硅纳米晶粒基MOS电容的电荷存储特性的影响[J];南京大学学报(自然科学版);2001年05期
15 陈智;陈钢进;饶成平;陈曦;李超;;聚丙烯薄膜的表面结构与驻极体性能相关性研究[J];功能材料;2017年08期
16 ;比U盘存储快1万倍的第三类存储技术[J];科学24小时;2018年06期
17 陈忠;;广播电视台站防雷的措施探究[J];网络与信息;2012年08期
18 石涌泉,孙纪芸;辐照加固 CMOS/SOS IC 研制[J];微电子学与计算机;1987年02期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 陈钢进;肖慧明;郝天亮;周畅;周霞;;驻极体材料中的电荷存储与结构的相关性[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
2 陈钢进;;驻极体材料中的电荷存储与微观结构的相关性[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
3 陆红波;张兴元;;不同结晶度尼龙1010的分子链段运动与电荷存储输运[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
4 杨刚;;插层复合型MoO_3/C的合成及其超级电容性能[A];第七届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2015年
5 仪明东;李雯;凌海峰;解令海;黄维;;基于PS/944电荷存储层的有机场效应晶体管多阶存储器[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题H:光电功能高分子[C];2017年
6 董子尧;李昕;;纳米TiO_2-CeO_2在大面积电致变色器件中的应用[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 周广东;微纳米尺度下有机/无机忆阻器电荷存储机理研究[D];西南大学;2018年
2 张成文;利用动态方法对基于PMMA的OLED电荷存储器件的研究[D];北京交通大学;2018年
3 陆建新;Al_2O_3-Cu_2O复合材料电荷存储特性研究[D];南京大学;2014年
4 蓝学新;纳米结构电荷存储材料及存储器件研究[D];南京大学;2014年
5 翟登云;高能量密度超级电容器的电极材料研究[D];清华大学;2011年
6 龚昌杰;高-k氧化物介质在电荷俘获型存储器件的应用研究[D];南京大学;2014年
7 陈建雄;电荷陷阱型悬浮栅存储器隧穿层和存储层研究[D];华中科技大学;2014年
8 高博;Au-CdSe异质二聚体纳米结构的光电特性研究[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 时原;聚乙烯基吡咯烷酮的分子运动和电荷存储现象研究[D];中国科学技术大学;2009年
2 郭丰宁;基于溶液加工宽带隙半导体的有机场效应晶体管存储器的研究[D];南京邮电大学;2017年
3 张守英;掺锗HfAlO_x薄膜的微结构与电荷存储特性[D];西南大学;2014年
4 廖忠伟;基于分离电荷存储的MOS结构存储效应及机理研究[D];复旦大学;2009年
5 朱华星;掺镍纳米微粒HfO_2薄膜的电荷存储特性[D];西南大学;2016年
6 王石冶;埋嵌在高k介质中Ge纳米晶的制备及其电荷存储特性的研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2005年
7 王顺;有机场效应晶体管非易失性存储器的电荷存储机制研究[D];苏州大学;2016年
8 曹正义;新型非易失性存储器的原子层沉积技术制备及其存储性能的研究[D];南京大学;2015年
9 黄万一;钯纳米晶的自组织生长及其电荷存储效应的研究[D];复旦大学;2011年
10 刘勇;LiFePO_4锂离子电池满电荷存储寿命的研究[D];国防科学技术大学;2013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
  • 010-62982499
  • 010-62783978