氧化物异质结在阻变存储器中的应用

发布时间：2020-11-12 16:20

　　 近期基于氧化物异质结阻变存储器件的研究,要求它们能够超越单层阻变器件,从而提供更加优异的阻变性能,即提高可擦写次数、非线性阻变和补偿性阻变特性。其中后面两个可以有效的防止阻变器件的内部寄生回路。进一步,氧化物异质结作为阻变存储单元,可以使得它们中每一层以及层之间界面的作用在阻变特性中得到充分发挥。因此,和那些传统的单层阻变器件相比,氧化物异质结对于器件的优化有更多的自由度。本文对三种不同的氧化物异质结进行了系统的研究,包括它们的阻变特性、阻变机制及其在阻变存储器中的应用。 论文的主要研究内容如下： (1)通过ZnO/ZrO2氧化物异质结,研究阻变过程中氧化物和氧化物之间的界面对氧离子迁移的影响。在异质结中观察到Forming过程在不同极性的电压下具有完全不同的阻变行为。这证明了氧化物和氧化物之间界面势垒高度的改变决定了氧离子迁移过程,导致直接依赖电压极性的阻变行为。进一步,通过控制Reset过程的截止电压,ZnO/ZrO2氧化物异质结的界面阻变行为可以用作可控且稳定的多态存储器件。 (2)运用电化学沉积制备了Co-PPy复合薄膜,系统的研究了其阻变特性和磁性随Co纳米颗粒浓度的变化规律。在此基础上,提出一种新型阻变器件的设计方法,即制备嵌入金属纳米颗粒的有机碳链导电聚合物薄膜。金属纳米颗粒能够促进有机导电聚合物表面的自法氧化,形成有机导电高分子和氧化层的异质结。由于导电聚合物表面被氧化,导致其表面层的导电性下降,电阻升高。在外加电场下,氧离子在电极和导电聚合物之间迁移,形成了本征导电(低阻态)和氧化层导电(高阻态)之间的转换,从而实现了阻变效应。本征导电聚合物导电通道的形成能够被金属纳米颗粒有效的控制,这是由于内部嵌入的金属纳米颗粒能够使得电场线集中在颗粒周围,造成纳米颗粒附近的电场强度远超过其他区域,氧离子在纳米颗粒形成的最短路径中更容易迁移。可以对金属纳米颗粒进行设计,为阻变存储器带来一些新的特性,例如通过加入磁性纳米颗粒给存储器带来磁性,制备多功能电子器件来满足一些特殊的未来应用。 (3)为了获得低能阻变存储器器,设计出一种新颖的阻变存储器结构SrTiO3/La2/3Sri/3MnO3/MgAl2O4/Cu。该结构中,外延的La2/3Sr1/3MnO3(LSMO)薄膜作为底电极代替了传统的惰性金属电极。由于LSMO电极层具有高的可控电阻值,可以作为一个串联电阻为阻变器件提供限定电流。所以该器件不再需要外加电阻器或变阻器来提供限定电流,从而大幅度简化了阻变器件的结构,提高了其集成密度。由于LSMO自身电阻在阻变过程限制了导电通道尺度,获得低的擦写和读取电流,大大降低了阻变存储器的能耗。此外,该器件还表现出很好阻变性能,阻变过程起源于在外加电场下形成了金属Cu的导电通道。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TP333
【部分图文】：

图2-1 FeRAM的结构图铁电存储器本质上是一系列的中心对称的原子偏离中心位置的方向来现两个存储态。一旦写入它们的存储态，只能通过施加一个合适的电场来改

MRAM结构示意图

PCRAM的结构示意图
【共引文献】

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本文编号：2880959