多层膜结构的忆阻器材料及器件的设计和制备
发布时间：2021-06-11 08:05
忆阻器被认为是第四种电路基本元件,且被视为下一代非易失性存储器件。同时,它能够实现非易失性状态逻辑运算和类脑神经形态计算,在提高计算性能和深化人工智能应用等方面具有重要意义。本文简要介绍忆阻器的发展历史和研究现状,进一步介绍忆阻器的结构设计,电学性能检测方法及材料表征等。研究了几种以氧化铈为基本功能层材料的多层膜结构的忆阻器的制备、电学性能、材料表征及阻变机理。主要研究内容如下:（1）Ag/Ti/CeO2/Pt器件既可以表现双极性阻变（BRS）也可以表现出单极性阻变（URS）。在BRS中,器件具有低Set电压（约0.3 V）和Reset电压（约-0.1 V～-0.3V）,无Forming过程,限制电流(Icc)为1 mA,循环120次,器件性能稳定,这利于其规模化应用。我们分析了其对数I-V特性曲线,结合透射电镜表征,发现BRS时,器件的导电机理以价变化机制（ECM）为主。然后,我们加快了扫描速度并增大限制电流,获得了单极性阻变现象,此时器件的导电机理以热化学机制（TCM）为主。这表明,通过改变扫描速度和限制电流,器件的阻变特性也会发生改变。...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四种无源基本电路元件及其关系
桂林理工大学硕士学位论文6具有电阻转变效应的材料和器件被包含到忆阻器的概念中，同时忆阻器的概念也在逐渐扩展，从无源忆阻器到有源忆阻器，再到记忆元件系统。目前尚没有统一的理论可以解释所有的忆阻现象，忆阻机理往往因为材料组成不同而发生变化。总体来说，可以将目前所提出的阻变机制分为界面效应和局域效应两大类[20]。界面效应是指发生阻变区域在材料界面，其分布是均匀的，产生的原因可能是电极与阻变材料界面势垒发生变化或者是材料体内的缺陷对电荷的捕获和释放过程引起的[21]，这类器件的高低阻态电阻和器件面积关系密切。而局域效应指材料内部区域发生阻变现象，材料内部形成导电能力较强的导电通道。已知各种各样的物理现象，它们可以(原则上)导致非易失性忆阻效应。图1-2忆阻器阻变机制的分类Fig.1-2Classificationofmemristorresistancechangemechanisms下面我们将结合文献，简要介绍电化学金属化机制、价变化机制、热化学机制及纯电子效应。1.3.1电化学金属化机制(ECM)导电细丝型忆阻器由顶电极为电化学活性的Ag或Cu等电极，中间介质层为固态电解质、氧化物、氮化物或者有机物，及惰性的底电极，如Pt、W、Au等组成[22-26]。
桂林理工大学硕士学位论文7图1-3电化学导电模型示意图Fig.1-3Schematicdiagramofelectrochemicalconductivitymodel下面我们将从微观机制上解释ECM器件阻变现象。一般来说，我们可以将ECM的阻变分为以下几个过程：(i)活泼金属(M)电极的氧化M→MZ++Ze-(ii)在电场作用下，阳离子穿过介质(iii)阳离子被还原MZ++Ze-→M假设M是唯一的移动元素，则步骤(ii)MZ+在固态介质中的迁移过程，可以由用于描述电场驱动离子运动的Mott和Gurney的模型来描述[27,28]。离子迁移的驱动力是电场强度E，电场强度E与穿过离子导电薄膜的电势差Δ和薄膜的厚度又如下关系：=Δ∕。根据模型，离子电流密度i和电场强度E由下式给出：i=2secexp(0)sin(2)(1-10)其中c是迁移离子浓度，a为离子的跳跃距离，v为频率因子。在高强度电场时(∕)，两者近似成指数关系：i=exp(0)exp(2)(1-11)而对于低电场(∕)，则遵循定律：i=()22exp(0)()2(1-12)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Coexistence of unipolar and bipolar modes in Ag/ZnO/Pt resistive switching memory with oxygen-vacancy and metal-Ag filaments[J]. 马寒露,王中强,徐海阳,张磊,赵晓宁,韩曼舒,马剑钢,刘益春. Chinese Physics B. 2016(12)
[2]3D resistive RAM cell design for high-density storage class memory—a review[J]. Boris HUDEC,Chung-Wei HSU,I-Ting WANG,Wei-Li LAI,Che-Chia CHANG,Taifang WANG,Karol FRHLICH,Chia-Hua HO,Chen-Hsi LIN,Tuo-Hung HOU. Science China（Information Sciences）. 2016(06)
[3]具有多重陷阱能级的固体中的空间电荷限制电流[J]. 殷德生. 吉林大学自然科学学报. 1981(04)
本文编号：3224174
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四种无源基本电路元件及其关系
桂林理工大学硕士学位论文6具有电阻转变效应的材料和器件被包含到忆阻器的概念中，同时忆阻器的概念也在逐渐扩展，从无源忆阻器到有源忆阻器，再到记忆元件系统。目前尚没有统一的理论可以解释所有的忆阻现象，忆阻机理往往因为材料组成不同而发生变化。总体来说，可以将目前所提出的阻变机制分为界面效应和局域效应两大类[20]。界面效应是指发生阻变区域在材料界面，其分布是均匀的，产生的原因可能是电极与阻变材料界面势垒发生变化或者是材料体内的缺陷对电荷的捕获和释放过程引起的[21]，这类器件的高低阻态电阻和器件面积关系密切。而局域效应指材料内部区域发生阻变现象，材料内部形成导电能力较强的导电通道。已知各种各样的物理现象，它们可以(原则上)导致非易失性忆阻效应。图1-2忆阻器阻变机制的分类Fig.1-2Classificationofmemristorresistancechangemechanisms下面我们将结合文献，简要介绍电化学金属化机制、价变化机制、热化学机制及纯电子效应。1.3.1电化学金属化机制(ECM)导电细丝型忆阻器由顶电极为电化学活性的Ag或Cu等电极，中间介质层为固态电解质、氧化物、氮化物或者有机物，及惰性的底电极，如Pt、W、Au等组成[22-26]。
桂林理工大学硕士学位论文7图1-3电化学导电模型示意图Fig.1-3Schematicdiagramofelectrochemicalconductivitymodel下面我们将从微观机制上解释ECM器件阻变现象。一般来说，我们可以将ECM的阻变分为以下几个过程：(i)活泼金属(M)电极的氧化M→MZ++Ze-(ii)在电场作用下，阳离子穿过介质(iii)阳离子被还原MZ++Ze-→M假设M是唯一的移动元素，则步骤(ii)MZ+在固态介质中的迁移过程，可以由用于描述电场驱动离子运动的Mott和Gurney的模型来描述[27,28]。离子迁移的驱动力是电场强度E，电场强度E与穿过离子导电薄膜的电势差Δ和薄膜的厚度又如下关系：=Δ∕。根据模型，离子电流密度i和电场强度E由下式给出：i=2secexp(0)sin(2)(1-10)其中c是迁移离子浓度，a为离子的跳跃距离，v为频率因子。在高强度电场时(∕)，两者近似成指数关系：i=exp(0)exp(2)(1-11)而对于低电场(∕)，则遵循定律：i=()22exp(0)()2(1-12)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Coexistence of unipolar and bipolar modes in Ag/ZnO/Pt resistive switching memory with oxygen-vacancy and metal-Ag filaments[J]. 马寒露,王中强,徐海阳,张磊,赵晓宁,韩曼舒,马剑钢,刘益春. Chinese Physics B. 2016(12)
[2]3D resistive RAM cell design for high-density storage class memory—a review[J]. Boris HUDEC,Chung-Wei HSU,I-Ting WANG,Wei-Li LAI,Che-Chia CHANG,Taifang WANG,Karol FRHLICH,Chia-Hua HO,Chen-Hsi LIN,Tuo-Hung HOU. Science China（Information Sciences）. 2016(06)
[3]具有多重陷阱能级的固体中的空间电荷限制电流[J]. 殷德生. 吉林大学自然科学学报. 1981(04)
本文编号：3224174
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