基于二硫化钼和碳化钛的阻变存储及神经突触特性研究
发布时间：2021-10-15 15:42
忆阻器（memristor）因其具有解决冯诺依曼结构瓶颈的潜力而受到广泛关注。然而随着发展,传统忆阻器在低功耗和高速度方面出现了较大的瓶颈。因此人们需要不断探索新材料并进一步提高忆阻器的性能。近年,二维材料由于其优异半导体特性逐渐成为忆阻器功能层的理想选择,然而由于其物理机制尚不明确,无法进一步实际应用。因此本论文主要探究了基于MoS2和Ti3C2的高性能忆阻器。模拟了作为阻变存储器和神经突触仿生器件的基本性能,并详细探究了阻变开关过程中的物理机制问题。本论文主要研究工作如下:一.首先创新性的制备了低毒性大面积2H半导体相的MoS2纳米片。并构建了具有Ag/MoS2/Pt结构的阻变存储器件。通过直流扫描电压,该器件在不同限流下具有良好的重复性能和105s的保持性能。当限流低至100 nA时,器件仍可以保持良好的阻变特性,且器件在Set过程中功率低至7.35 nW。在脉冲操作模式中,该器件具有较低的开关延迟时间,并实现了大范围近似线性而对称的电阻调控。在此基础上,将脉冲调控电导应用于基于手写数字识别模拟仿真中,得到了具有90.37%的高识别精度。该工作为MoS2纳米片应用于阻变存储和人工...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１阻变存储器结构示意图??
?河北大学硕士学位论文???第二章实验仪器及方法??２．１器件制备设备??２．１．１磁控溅射??本论文的实验中采用磁控溅射设备制备了?ＡｇＭ〇Ｓ２／Ｐｔ器件的顶电极。磁控派射溅??射仪的示意图如图２－１所示。??挡板??样品架??衬底＜????—｜?衬底台??图２－１磁控派射示意图??制备过程如下：先将所需靶固定在对应的靶台上，将处理过的衬底固定在衬底台后??关闭腔体。首先将腔体内气压使用机械泵抽到至〇．５ｐａ的低真空状态，再使用分子泵将??气压抽至高真空２ｘ１０－４?ｐａ状态。当腔内达到高真空状态时说明腔内气体杂质被排除。??随后通入氩气将腔体内压强调节至所需数值后调整功率后进行预溅射。溅射一定时间后??打开挡板进行正式溅射。磁控濺射得到的电极致密度高，平整度好，还可以根据濃射时??间控制电极的厚度。??２．１．２蒸发沉积??本论文使用蒸发沉积设备制备Ａｌ／Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ／Ｐｔ器件的上电极Ａ１。在蒸发时，为防止衬??底台被破坏，所使用的衬底台为钼制材料。在蒸发时，首先使用机械泵将蒸发设备的钟??罩内和系统两部分的气压分别抽至１．５Ｐａ的低真空状态。达到低真空状态后，进而使用??使用扩散泵通过系统将钟罩内气压抽至３ｘｌ０＿３ｐａ的髙真空状态。??原理为首先通过扩散泵将内部的液态油加热变为油蒸汽，蒸汽向上移动时通过系统??８??
?第三章基于Ｍ〇ｓ２ｍ米片的阻变存储及其神经仿生性能的研究???与钟罩之间的散热管将油蒸汽转化为油滴向下流动并收集，在此过程中，由于系统内气??压低于钟罩内气压，钟罩内气体向通过钟罩和系统内的连接口向系统外排出，以此降低??钟罩内气压，在钟罩内气压达到高真空状态后，增大蒸发电流，当钼制衬底上的Ａ１丝??融化并全部消失后，Ａ１电极制备完成。??ｎ＾ｎ??样品台??挡扳??ｔ??钼舟??ｌｒ￣ｒ＾??图２－２蒸发沉积示意图??２．１．３甩胶机??本论文所制备的?Ａｌ／Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ／Ｐｔ?和?Ａｌ／Ｔｉ３Ｃ２：Ａｇ／Ｐｔ?器件的功能层?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ，?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ：Ａｇ??与Ａｇ／ＭｏＳ２／Ｐｔ／器件的功能层ＭｏＳ２均使用甩胶机制备。在制备过程中，将甩胶机的一二??级旋转时间和旋转速度设置后，将所制备的溶液滴在衬底上，通过甩胶机旋转时的离心??力，将滴涂的溶液均匀的铺散在衬底Ｐｔ上，在烘干机中烘干后得到表面均匀的薄膜。??口??样品台??图２－３甩胶机不意图??２．２参数测试仪器??本论文中所制备的忆阻器的Ｉ－Ｖ特性及其电学性能均使用Ｋｅｉｔｈｌｅｙ?２４００数字源表仪??器及其上位机软件进行测试。神经突触仿生性能例如ＳＴＤＰ，ＰＰＦ，ＳＴＰ－ＬＴＰ，突触权重??的增强和抑制和器件的开关速度等特性均使用脉冲发生器和示波器进行测试与读龋??本实验中所制备的忆阻器的电学性能通过Ｋｅｉｔｈｌｅｙ?２４００数字源表进行测试，该仪??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]忆阻器的发展现状与未来[J]. 李清江,刘海军,徐晖. 国防科技. 2016(06)
[2]相变存储器材料研究[J]. 吴良才,宋志棠,周夕淋,饶峰,封松林. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(10)
[3]阻变存储器研究进展[J]. 龙世兵,刘琦,吕杭炳,刘明. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(10)
[4]忆阻器在神经突触仿生中的应用研究进展[J]. 张超超,尚杰,郝健,张文斌,冀正辉,刘钢,李润伟. 材料导报. 2015(15)
[5]新一代存储技术:阻变存储器[J]. 王源,贾嵩,甘学温. 北京大学学报(自然科学版). 2011(03)
[6]铁电薄膜及其在存储器件中的应用研究现状[J]. 李惠琴,刘敬松. 材料导报. 2009(S1)
[7]基于相变存储器的相变存储材料的研究进展[J]. 汪昌州,翟继卫,姚熹. 材料导报. 2009(15)
[8]基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究[J]. 李颖弢,刘明,龙世兵,刘琦,张森,王艳,左青云,王琴,胡媛,刘肃. 微纳电子技术. 2009(03)
本文编号：3438218
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１阻变存储器结构示意图??
?河北大学硕士学位论文???第二章实验仪器及方法??２．１器件制备设备??２．１．１磁控溅射??本论文的实验中采用磁控溅射设备制备了?ＡｇＭ〇Ｓ２／Ｐｔ器件的顶电极。磁控派射溅??射仪的示意图如图２－１所示。??挡板??样品架??衬底＜????—｜?衬底台??图２－１磁控派射示意图??制备过程如下：先将所需靶固定在对应的靶台上，将处理过的衬底固定在衬底台后??关闭腔体。首先将腔体内气压使用机械泵抽到至〇．５ｐａ的低真空状态，再使用分子泵将??气压抽至高真空２ｘ１０－４?ｐａ状态。当腔内达到高真空状态时说明腔内气体杂质被排除。??随后通入氩气将腔体内压强调节至所需数值后调整功率后进行预溅射。溅射一定时间后??打开挡板进行正式溅射。磁控濺射得到的电极致密度高，平整度好，还可以根据濃射时??间控制电极的厚度。??２．１．２蒸发沉积??本论文使用蒸发沉积设备制备Ａｌ／Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ／Ｐｔ器件的上电极Ａ１。在蒸发时，为防止衬??底台被破坏，所使用的衬底台为钼制材料。在蒸发时，首先使用机械泵将蒸发设备的钟??罩内和系统两部分的气压分别抽至１．５Ｐａ的低真空状态。达到低真空状态后，进而使用??使用扩散泵通过系统将钟罩内气压抽至３ｘｌ０＿３ｐａ的髙真空状态。??原理为首先通过扩散泵将内部的液态油加热变为油蒸汽，蒸汽向上移动时通过系统??８??
?第三章基于Ｍ〇ｓ２ｍ米片的阻变存储及其神经仿生性能的研究???与钟罩之间的散热管将油蒸汽转化为油滴向下流动并收集，在此过程中，由于系统内气??压低于钟罩内气压，钟罩内气体向通过钟罩和系统内的连接口向系统外排出，以此降低??钟罩内气压，在钟罩内气压达到高真空状态后，增大蒸发电流，当钼制衬底上的Ａ１丝??融化并全部消失后，Ａ１电极制备完成。??ｎ＾ｎ??样品台??挡扳??ｔ??钼舟??ｌｒ￣ｒ＾??图２－２蒸发沉积示意图??２．１．３甩胶机??本论文所制备的?Ａｌ／Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ／Ｐｔ?和?Ａｌ／Ｔｉ３Ｃ２：Ａｇ／Ｐｔ?器件的功能层?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ，?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ：Ａｇ??与Ａｇ／ＭｏＳ２／Ｐｔ／器件的功能层ＭｏＳ２均使用甩胶机制备。在制备过程中，将甩胶机的一二??级旋转时间和旋转速度设置后，将所制备的溶液滴在衬底上，通过甩胶机旋转时的离心??力，将滴涂的溶液均匀的铺散在衬底Ｐｔ上，在烘干机中烘干后得到表面均匀的薄膜。??口??样品台??图２－３甩胶机不意图??２．２参数测试仪器??本论文中所制备的忆阻器的Ｉ－Ｖ特性及其电学性能均使用Ｋｅｉｔｈｌｅｙ?２４００数字源表仪??器及其上位机软件进行测试。神经突触仿生性能例如ＳＴＤＰ，ＰＰＦ，ＳＴＰ－ＬＴＰ，突触权重??的增强和抑制和器件的开关速度等特性均使用脉冲发生器和示波器进行测试与读龋??本实验中所制备的忆阻器的电学性能通过Ｋｅｉｔｈｌｅｙ?２４００数字源表进行测试，该仪??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]忆阻器的发展现状与未来[J]. 李清江,刘海军,徐晖. 国防科技. 2016(06)
[2]相变存储器材料研究[J]. 吴良才,宋志棠,周夕淋,饶峰,封松林. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(10)
[3]阻变存储器研究进展[J]. 龙世兵,刘琦,吕杭炳,刘明. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2016(10)
[4]忆阻器在神经突触仿生中的应用研究进展[J]. 张超超,尚杰,郝健,张文斌,冀正辉,刘钢,李润伟. 材料导报. 2015(15)
[5]新一代存储技术:阻变存储器[J]. 王源,贾嵩,甘学温. 北京大学学报(自然科学版). 2011(03)
[6]铁电薄膜及其在存储器件中的应用研究现状[J]. 李惠琴,刘敬松. 材料导报. 2009(S1)
[7]基于相变存储器的相变存储材料的研究进展[J]. 汪昌州,翟继卫,姚熹. 材料导报. 2009(15)
[8]基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究[J]. 李颖弢,刘明,龙世兵,刘琦,张森,王艳,左青云,王琴,胡媛,刘肃. 微纳电子技术. 2009(03)
本文编号：3438218
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