五氧化二钽异质结的电阻开关特性研究

发布时间：2017-05-16 06:09

  本文关键词：五氧化二钽异质结的电阻开关特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随着科技的腾飞,人们对存储器性能的需求标准也越来越高,比如,高密度、高速度、非挥发性、低功耗等等。闪存占据了非易失存储器的主要市场,但是,闪存存在着速度慢的缺点,并且随着器件尺度的减小,其氧化层厚度也将减小,会引起散热差、漏电等问题,因此,其发展前景并不乐观。目前,人们在研究的非易失新型随机存储器兼有速度快和非易失的特点,主要包括磁存储器(MRAM)、铁电存储器(FRAM)、电阻存储器(ReRAM)、相变存储器(PRAM)等。ReRAM为最新发展的存储器,但是它具备速度快、低功耗、低成本、制作简单、与传统CMOS工艺能够很好的兼容的优势,因此ReRAM有很大的潜力成为下一代新型存储器。在1962年,科学家T. W. Hickmott通过研究Al/Al2O3/Au、Zr/ZrO2/Au等这种金属-介质层-金属的三明治结构的I-V特性曲线,首次开展了对阻变现象的研究。近几年,ReRAM逐渐成为存储器研究的焦点。 Ta205有杰出的化学性质和物理性质,Ta205越来越吸引人们注意,并在多个领域得到应用。例如,Ta205是一种具有高折射率的镀膜材料,其折射率为2.1。由于Ta205和Si之间具有高质量的界面和小的漏电流,通常在高品质的电容器中用作绝缘层。在电阻开关特性的研究领域中,由于Ta2O5稳定的电阻开关特性,是被应用研究的最多的材料之一。 在本论文中,我们使用溅射仪制备了Ag/Co/Ta2O5/Ag结构的异质结,并在其中发现了重复性良好的双极阻变,高低阻态之比高达104,其优良的性质将使其在阻变存储器中有良好的应用。通过改变异质结中Ta205的厚度和结面积的大小,我们发现,异质结的低阻态电阻并不随着Ta205的厚度和结面积的改变而有明显的变化,并由此得出该异质结的导电类型属于块体主导型。在进一步的实验中,我们使用金电极替代银电极,制备了Au/Co/Ta2O5/Au结构的异质结,在其中也发现了同样类型的双极阻变。因此排除了低阻态时银电极形成银灯丝的可能,推测阻变是由Ta205中氧离子迁移引起的。我们还制备了Ag/Ta2O5/Ag器件,并测量了其阻变性质,呈现出不稳定的补偿阻变,并且我们的样品不需要电成型过程,对于多层膜磁性测量证明CoO的生成。综合上述现象我们认为Co层的 加入会打破器件的平衡结构,Co很活泼,会在生长Ta205的时候自然氧化形成一层CoO,这样就在Ta2O5中会形成一个氧空位的空间梯度分布,代替了其他文献报道中的电成型过程。阻变的过程大致如下：当加正向电压时,氧空位会向负极方向聚集,从而使负极附近的导电性增强,加在负极附近的电场减小,此处我们称之为虚拟阴极,随着加电压的时间增长,虚拟阴极会逐渐往阳极移动,最终和阳极金属电极接触,从而使之由高阻态转变为低阻态,反之加负电压会使得氧空位反向移动从而导致氧空位通道断裂,使之由低阻态转变为高阻态。总之,我们的工作成功实现了稳定的双极阻变,得出阻变现象的机理是氧离子迁移导致的导电通道以及Co层加入的意义。
【关键词】：异质结 电阻开关特性 五氧化二钽 磁控溅射
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-28
• 第一节 Ta_2O_5的性质及其研究进展12
• 第二节 异质结12-15
• 1.2.1 异质结的性质12-14
• 1.2.2 异质结的研究进展及其应用14-15
• 第三节 新型非易失存储器的介绍15-18
• 1.3.1 电阻式存储器(ReRAM,Resistance RAM)15-16
• 1.3.2 铁电存储器(FeRAM,Ferroelectric RAM)16
• 1.3.3 磁存储器(Magnetic RAM,MRAM)16-17
• 1.3.4 相变存储器(Phase Change RAM,PCRAM)17-18
• 第四节 电阻式存储器的研究及其进展18-26
• 1.4.1 电阻开关效应的分类18-19
• 1.4.2 电阻式存储器的材料19-21
• 1.4.3 电阻开关效应的机制21-26
• 第五节 本课题的研究动机和内容26-28
• 第二章 样品的制备与表征28-44
• 第一节 溅射镀膜28-38
• 2.1.1 溅射镀膜的特点28-29
• 2.1.2 溅射的基本原理29-36
• 2.1.3 实验用磁控共溅溅射设备36-38
• 第二节 超导量子干涉仪(SQUID)38-42
• 第三节 交变梯度磁强计(AGM)42-44
• 第三章 Ag/Co/Ta_2O_5/Ag异质结的电阻开关特性的研究44-58
• 第一节 引言44
• 第二节 样品制备工艺的介绍44-47
• 3.2.1 衬底的处理44-45
• 3.2.2 Ag/Co/Ta_2O_5/Ag异质结的制备45-47
• 第三节 实验结果及讨论47-58
• 3.3.1 Ag/Co/Ta_2O_5/Ag异质结的性质介绍47-51
• 3.3.2 Ag/Co/Ta_2O_5(6nm)/Ag电阻开关特性机理的探究51-58
• 第四章 Ag/Ta_2O_5/Ag异质结的电阻开关特性的研究58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 致谢62-63
• 参加的学术会议63-64
• 参考文献64-69
• 学位论文评阅及答辩情况表69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 逄焕刚,张志远,颜森林,孙小菡,张明德;TOAD的开关特性研究[J];中国激光;2001年07期

2 李齐良;华晓锋;张爱辛;曾然;;二芯非线性光栅耦合器的开关特性研究[J];电子器件;2011年04期

3 周昕杰;孙伟锋;;300 V IGBT的设计[J];电子器件;2007年06期

4 周香全;张泰峰;罗马;;杂散电感对晶闸管开关特性的影响[J];南开大学学报(自然科学版);2009年03期

5 王耕;;D类MOSFET在发射机射频功放中的应用[J];电子元器件应用;2009年11期

6 王方;党怀东;杨有涛;张婉;;一种用于大功率IGBT的驱动电路[J];电气传动自动化;2010年01期

7 廖斌,罗四维,吴洪江;GaAsSCFL电路的研究[J];半导体情报;2000年02期

8 刘国平;王溪海;赵秋亮;;船舶航向控制系统设计中有关问题的研究[J];浙江海洋学院学报(自然科学版);2007年04期

9 郝夏斐;潘三博;;碳化硅功率场效应功率晶体管仿真模型及其驱动研究[J];制造业自动化;2011年08期

10 ;奥氏阈值器件的开关特性[J];发光学报;1971年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 顾忠泽;刘举正;韦钰;;CuTCNQ开关特性的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年

2 李焕炀;余岳辉;王明;彭昭廉;;半导体开关RSD开关特性测试平台的设计与研究[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年

3 张东;(十日十卜)明勇;白玉白;李铁津;;[Zn(dmit)_2]~(2-)的电化学行为与氧化还原开关特性[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年

4 雷啸锋;刘泽文;李志坚;刘理天;;桥式RF-MEMS开关材料对开关特性影响研究[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年

5 占恒正;尹锐;王明华;江晓清;;改进的非对称Y分叉全内反射型开关特性分析[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议（OFCIO’2001）论文集[C];2001年

6 刘向;崔敬忠;梁耀廷;;磁控溅射沉积掺钨二氧化钒薄膜研究[A];TFC’03全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2003年

7 李奋祥;;不同类型IGBT的比较[A];第八届全国电技术节能学术会议论文集[C];2006年

8 余庆选;于琳;韩新海;李艳秋;廖源;王冠中;廖源;方容川;;超分辨近场结构中Sb薄膜的开关特性的机理探讨[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年

9 于成;张沛玲;仲顺安;;基于CPW的MEMS开关的有限元分析[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年

10 盛定仪;谭吉春;杨雨川;杨耿;;功率PIN二极管PSPICE子电路模型[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 江西 肖晓亮;自制沐浴热水器自控水龙头[N];电子报;2007年

2 浙江 朱哲蓓;线控式步进开关[N];电子报;2007年

3 广西容县高中 邹树登;用玩具车遥控电路控制光驱[N];电子报;2006年

4 武汉 王绍华;行输出管的损坏原因与判别技法[N];电子报;2008年

5 ;LCD业无限风光[N];中国电子报;2005年

6 王淼;四平公司为设备做全面“健康检查”[N];东北电力报;2006年

7 武汉 王绍华;并非管子的放大倍数问题[N];电子报;2006年

8 山东 郎筠 韩照训;光电耦合器、固态继电器及应用简介[N];电子报;2007年

9 钱新胜;祁门一项电力电子技术填补国家空白[N];黄山日报;2007年

10 ;纳米材料在电子工业领域的应用[N];中国电子报;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 陈娜;中高压功率IGBT模块开关特性测试及建模[D];浙江大学;2012年

2 王卓然;基于有源垂直耦合器的4×4 Crosspoint光开关矩阵理论及应用研究[D];天津大学;2007年

3 程纲;氧化物半导体纳米线肖特基势垒的传输特性及其控制方法研究[D];吉林大学;2008年

4 叶春暖;金属有机配合物M-TCNQ微纳米结构的制备及电学性能研究[D];复旦大学;2005年

5 李洪涛;“Z-Pinch”加速器闭合开关技术研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 臧云飞;五氧化二钽异质结的电阻开关特性研究[D];山东大学;2014年

2 张雄军;大口径等离子体电极普克尔盒开关特性研究[D];四川大学;2001年

3 曹小相;软开关技术在磁悬浮斩波器中的应用[D];西南交通大学;2006年

4 秦张淼;垂直腔半导体光放大器稳态增益及动态开关特性的研究[D];西南交通大学;2006年

5 姚克钊;基于半导体光放大器（SOA）开关特性的数据包压缩技术研究[D];西南交通大学;2008年

6 史修德;考虑电路寄生参数的BOOST变换器开关特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

7 江剑;电力电子器件开关损耗测试与建模系统的研制、优化与验证[D];浙江大学;2006年

8 王也;金属/电介质多层光栅结构中模式耦合与开关特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

9 刘飞;色散管理中的孤子传输研究[D];华中科技大学;2007年

10 王海雷;三势阱中的玻色—爱因斯坦凝聚的开关特性[D];河北师范大学;2008年

  本文关键词：五氧化二钽异质结的电阻开关特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：369693