阻變式存儲(chǔ)器的性質(zhì)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體制造工藝水平的提高，信息產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。信息存儲(chǔ)作為信息技術(shù)的一部分也得到了空前進(jìn)步，存儲(chǔ)器正朝著集成度不斷提高、外觀更加精巧、重量更輕、存取速度更快、存儲(chǔ)容量不斷增大的方向發(fā)展。傳統(tǒng)意義上的存儲(chǔ)器是基于晶體管對(duì)電荷的存儲(chǔ)而制造的，許多時(shí)候無(wú)法滿足信息技術(shù)迅速發(fā)展的需要，因此尋找一種高密度、非揮發(fā)性，低功耗的下一代存儲(chǔ)器已經(jīng)迫在眉睫?，F(xiàn)階段更多的研究者們把關(guān)注的重點(diǎn)放在非易失性存儲(chǔ)器上，例如鐵電存儲(chǔ)器，磁存

2、儲(chǔ)器，相變存儲(chǔ)器、電阻存儲(chǔ)器。在這些存儲(chǔ)器中，阻變存儲(chǔ)器因自身的許多優(yōu)點(diǎn)普遍受到了人們的廣泛關(guān)注，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀寫速度快、制造成本低、功耗低、單個(gè)器件可縮小至數(shù)十納米等特點(diǎn)，在眾多的絕緣材料和半導(dǎo)體材料中紛紛發(fā)現(xiàn)這種新奇的電阻開關(guān)效應(yīng)。隨著研究的不斷進(jìn)行，我們發(fā)現(xiàn)了阻變存儲(chǔ)器許多新的有趣的現(xiàn)象：?jiǎn)螛O性電阻開關(guān)和雙極性電阻開關(guān)在一定的限制條件下可以相互轉(zhuǎn)化；阻變存儲(chǔ)器電學(xué)性質(zhì)Ⅰ-Ⅴ曲線的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)受到電形成過(guò)程的影響，可

3、以通過(guò)控制電形成過(guò)程來(lái)控制其旋轉(zhuǎn)方向；我們?cè)谧枳兇鎯?chǔ)器的研究中發(fā)現(xiàn)了無(wú)極性電阻開關(guān)和非常規(guī)雙極性電阻開關(guān)的存在，同時(shí)得出非常規(guī)雙極性電阻開關(guān)在合適的條件下可以轉(zhuǎn)化為常規(guī)性雙極性電阻開關(guān)。這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)能夠?yàn)檠芯空吒娴牧私怆娮栝_關(guān)的形成機(jī)制提供很好的幫助。然而迄今為止，還沒(méi)有哪一個(gè)理論模型能對(duì)這些現(xiàn)象作出一個(gè)完整清晰的解釋，理論分析還比較欠缺，仍有大量工作要做。本論文通過(guò)激光脈沖技術(shù)(PLD)制備了薄膜電阻開關(guān)器件，通過(guò)改變襯底條件，

4、引入光照等方法來(lái)具體研究阻變存儲(chǔ)器的機(jī)制，另外，本人在對(duì)電阻開關(guān)實(shí)現(xiàn)邏輯門電路的研究中有些新的想法和研究結(jié)果。本論文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 1.采用脈沖激光沉積技術(shù)制備了Au/STO/Pt結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器件，通過(guò)X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)分析薄膜的特性。之后應(yīng)用Keiythley2400對(duì)阻變器件進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，在經(jīng)歷了Electroforming電壓操作后，阻變器件表現(xiàn)

5、出良好的開關(guān)性能，包括較低的閾值電壓、良好的抗疲勞性和保持特性。根據(jù)測(cè)得的電學(xué)性質(zhì)Ⅰ-Ⅴ曲線，應(yīng)用缺陷和氧空位之間捕獲和去捕獲理論來(lái)解釋所得到的雙極性電阻開關(guān)性質(zhì)。另外，根據(jù)雙極性電阻開關(guān)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，構(gòu)造適當(dāng)?shù)倪壿嬛担谇叭说幕A(chǔ)之上，利用簡(jiǎn)單的阻變存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取，結(jié)合現(xiàn)代隨機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和新型阻變存儲(chǔ)器的工藝，實(shí)現(xiàn)新型阻變存儲(chǔ)器的構(gòu)造，并將阻變存儲(chǔ)器與晶體管存儲(chǔ)器進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，在芯片功能，引腳作用，如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)方面進(jìn)行了介紹

6、。
　　 2.制備了Au/Nb：STO/Pt和Au/Nb：STO/FTO三明治結(jié)構(gòu)阻變存儲(chǔ)器，通過(guò)各種表征手法分析兩種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上的異同，分別測(cè)量它們的電學(xué)Ⅰ-Ⅴ曲線，由于襯底的不同曲線趨勢(shì)會(huì)有明顯差異，對(duì)阻變存儲(chǔ)器的性質(zhì)產(chǎn)生了一定影響，這是因?yàn)?，肖特基?shì)壘在阻變開關(guān)現(xiàn)象中起到了重要作用。使用LED陣列燈光對(duì)器件進(jìn)行照射，觀測(cè)兩種不同器件在光照后表現(xiàn)出來(lái)的共同特征，并根據(jù)理論基礎(chǔ)解釋這個(gè)現(xiàn)象。通過(guò)不同的激發(fā)電壓和限制電流來(lái)實(shí)現(xiàn)阻