基于氧化镓薄膜阻变性能的研究

发布时间：2020-07-13 04:53

【摘要】：作为下一代新型存储器有力竞争者,阻变存储器(RRAM)以其结构简单、低功耗、读取速度快、高度集成等其他独特的优异性能越来越受到关注。阻变现象中的负微分电阻现象(NDR)因为具有多值存储的特性受到研究人员的青睐。在众多的材料体系中,如双势垒结构,GaAs-AlAs周期结构,双分子层结构,金属/自组装单层膜/金属三明治结构,TiO2/Nb:SrTiO3结构,CeO2/ZnO/Nb:SrTiO3多层异质结构,钛酸钡薄膜等结构中纷纷发现了这种新奇的阻变现象。为了解释这种阻变行为的物理原因,科研工作者已经取得一定的研究成果,提出了几种相应的物理理论模型。然而,还没有具体的实验数据能够证明这些物理理论模型的科学性合理性,理论分析还有大量的研究工作。因此,认清阻变行为和负微分电阻效应的具体过程和阻变机理,构建一个正确的物理理论模型解释阻变行为和负微分电阻现象是一项非常重要的工作。首先利用脉冲激光沉积技术探索了生长Ga_2O_3薄膜的工艺条件,成功制备了Au/Ga_2O_3-x/NSTO/Au结构的阻变存储单元。本论文围绕研究不同测试条件对于器件的阻变行为和负微分电阻现象的影响,研究了Ga_2O_3-x/Nb:SrTiO3界面的双极型阻变行为和负微分电阻现象的阻变行为和传导机制。本论文的主要内容和取得的成果包括以下几个方面:第一:利用脉冲激光沉积技术探索了衬底温度,脉冲激光频率,脉冲激光能量对于生长Ga_2O_3薄膜的影响,并对制备的Ga_2O_3薄膜通过XRD和XPS进行了组成成分的分析,通过SEM和AFM对Ga_2O_3薄膜进行了表面形貌的分析。第二:利用脉冲激光沉积技术在NSTO衬底生长了厚度约为150 nm非晶态Ga_2O_3-x薄膜,通过直流溅射工艺在NSTO衬底和非晶态Ga_2O_3-x薄膜上镀薄膜Au电极,成功制备了Au/Ga_2O_3-x/NSTO/Au结构,利用Keithley2400测试该器件的I-V曲线和阻变存储性能,在扫描过程中发现了双极型阻变行为和负微分电阻现象,发现该器件高低阻态窗口大,保持性能稳定。第三:通过测试分析了正电压和负电压对负微分电阻现象的影响,同时也研究了电压极性对于器件的影响,发现正偏压可以调控负微分电阻现象。结合相关实验现象的文献报道,认为Au/Ga_2O_3-x/NSTO/Au结构的阻变行为和负微分电阻现象来源于Ga_2O_3-x/NSTO界面,进一步说是由于界面处的氧空位在正偏压捕获电荷,在负偏压释放电荷引起。正偏压越大,氧空位捕获的电荷就越多,相应地发生负微分电阻现象的转变电压越大。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333

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本文编号：2752990