Nb-SrTiO3單晶Schottky結的電致阻變特性與機制研究.pdf

1、當今世界信息技術的快速發(fā)展依賴于非易失性存儲器性能的不斷提高。為了獲得性能更加優(yōu)異的新型存儲器,大量的研究者都在尋找Flash存儲器的替代品。在多種氧化物材料中發(fā)現(xiàn)的電阻開關現(xiàn)象,由于其在非易失性阻變存儲器(ReRAM)中的應用,而得到了廣泛的關注。然而其阻變機制仍然不清晰,這成為阻礙ReRAM進一步發(fā)展并得以實際化應用的最大障礙。現(xiàn)有的阻變機制基本可以分為電子機制和離子機制兩類。相對于離子機制,基于電子機制的阻變效應具有完全消除電形成

2、過程的潛力而增加了阻變特性的穩(wěn)定性。因此基于電子機制的電阻開關正在逐漸被科研人員和產業(yè)界所重視,并且成為當前阻變研究的新熱點。典型鈣鈦礦結構的摻鈮鈦酸鍶(Nb:SrTiO3)單晶具有卓越的結構和化學穩(wěn)定性,而且可以通過改變摻雜比或者缺陷量方便地控制載流子濃度和電導率的大小。此外單晶與多晶相比避免了高缺陷密度和晶粒的邊界效應引起的復雜現(xiàn)象,阻止阻變特性顯現(xiàn)出多層次的行為,且與傳統(tǒng)的三明治結構相比,單一的肖特基結構為分析阻變機制提供便利。<

3、br>　　在這個背景下,本文主要研究了Nb:SrTiO3單晶肖特基結的電致阻變現(xiàn)象。獲得了一些有意義的結果,主要內容如下:
　　發(fā)明了一種輔助制備薄膜電極的裝置。該裝置結構簡單,便于操作,能夠成功地避免了薄膜電極制備過程中電極粘接和薄膜電極厚度不均現(xiàn)象的發(fā)生,為制備出高質量的薄膜電極提供了有力的保證。
　　制備了具有良好性質的In/Nb:SrTiO3肖特基結和歐姆結。通過濺射工藝制備出了具有良好整流特性的In/Nb:SrTi

4、O3肖特基結;其次,通過幾種不同的制備工藝,制備出電阻率小,歐姆特性良好的In/Nb:SrTiO3歐姆結。提供了四種制備In/Nb:SrTiO3歐姆結的方法。
　　對 In/Nb:SrTiO3器件的電致阻變特性進行了研究。在Nb:SrTiO3單晶中發(fā)現(xiàn)、命名反常雙極性電阻開關現(xiàn)象并創(chuàng)造性的使用雙對稱二極管模型解釋了出現(xiàn)反常雙極性電阻開關的原因;通過對s-In/Nb:SrTiO3/o-In器件、s-In/Nb:SrTiO3/s-In

5、器件中電子輸運過程的分析,認為載流子俘獲與去俘獲模型是In/Nb:SrTiO3結的阻變機制,與傳統(tǒng)俘獲模型不同的是我們引入了低阻態(tài)載流子的隧穿效應。
　　設計了一種二維平面多級阻變存儲器,該存儲器的平面結構可以將電極的制備過程和阻變層的形成過程有機的結合起來,降低了器件制備的工藝難度、有利于器件的高密度集成且該平面阻變存儲具有極高的穩(wěn)定性、重復性和可明顯區(qū)分的多級阻態(tài);提出了一種多級阻變源模型,認為不同阻態(tài)時氧空位俘獲載流子數(shù)目得

6、不同,造成了勢壘耗盡層寬度的不同,引起了多級阻態(tài)現(xiàn)象。
　　以氙燈(復色光)為光源,把器件的光電性質與阻變特性結合起來。通過對In/Nb:SrTiO3肖特基結不同阻態(tài)光伏特性的分析排除了低阻態(tài)時的導電細絲機制,進一步確定了肖特基勢壘的變化是引起電阻開關的來源;通過對不同研究小組的實驗數(shù)據(jù)進行分析,結合我們的實驗結果,澄清了肖特基勢壘平均高度和有效高度的區(qū)別,提出了不同阻態(tài)時,肖特基勢壘變化的新模型;通過對In/Nb:SrTiO3結