NiO基复合薄膜阻变行为的调控

发布时间：2017-05-26 00:02

  本文关键词：NiO基复合薄膜阻变行为的调控，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着大规模集成电路技术的发展,使得器件的存储性能获得巨大的飞跃。现如今,Si基的闪存已经展现了良好的性能。与此同时,人们对于高速、高密度、低功耗存储器的持续需求,使得下一代的存储的研发迫在眉睫,而阻变存储器则被寄予厚望。本文主要采用sol-gel方法在ITO衬底上制备了多晶的Ni O、掺杂Ni O和复合Zn O/Ni O薄膜。采用真空热蒸镀方法制备了Al电极,研究了限制电流、掺杂元素、掺杂浓度和复合薄膜对阻变器件的影响,并探讨了不同阻变行为的导电机理和传输机制,为二元阻变氧化物的实际应用提供相应的数据和理论支持。论文研究结果如下:(1)通过调控限制电流,在同一阻变器件Al/Ni O/ITO上发现了反常的URS、BRS、TRS三种共存阻变行为。通过对数据的拟合处理和XPS分析,提出了基于Al Ox-Ni Ox界面和ITO所组成的双氧池结构下的焦耳热模型。最终,将URS和BRS的Reset过程都解释为焦耳热作用下的细丝破裂过程。而对这一反常行为的研究将有助于加深人们对于阻变行为的认识,同时通过合理的调控可以有效避免易失性阻变行为的出现。(2)对于低浓度Li掺杂条件下的研究发现了窗口较大,重复性能较好的非线性双极阻变行为。通过XPS分析,发现Li掺杂能够增加Ni O中氧空位的数目,结合双氧池结构,提出了基于界面和内部缺陷共同调控下的电子跃迁机制。同时,这一非线性的阻变行为将有助于解决器件的潜行电流问题。(3)对于Mn:Ni O阻变器件的I-V数据研究发现,随着Mn掺杂浓度的增加器件的透过率逐渐降低,同时随着掺杂量的增加引入了较多的杂质能级,使得Ni O的禁带宽度也逐渐降低。此外,在测试样品时,随着掺杂量的增加器件的初始电阻值也逐渐降低,窗口值逐渐变小,但掺杂后器件的Set和Reset操作电压有所降低,有助于器件的功耗。(4)对于Al/n-Zn O/p-Ni O/ITO复合薄膜阻变器件的研究发现了共存的线性和非线性的双极阻变行为。结合I-V曲线和拟合曲线,在分析器件的结构基础上解释了,线性阻变主要受导电细丝模型的调控。非线性的阻变行为则是受Al Ox界面层和Ni O/Zn O所形成p-n结的共同影响的结果,通过对于器件重复性能的研究发现,复合器件的重复性能比Li掺杂Ni O更加优越。通过以上实验结果可知,在Al/Ni O/ITO结构中存在着多种阻变行为,通过调控限制电流可以获得特定阻变行为。其次,Li掺杂能够提高器件非线性双极阻变的稳定性和重复性。最后,采用Zn O/Ni O复合薄膜的方法,得到了性能更加优越的非线性双极阻变行为。其不仅能够降低器件的功耗,还有助于解决潜行电流问题,对RRAM的应用具有较大参考意义。
【关键词】：NiO薄膜 阻变 共存 掺杂 复合
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;TP333
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 概述10-12
• 1.2 RRAMs的 基本物理机制12-16
• 1.2.1 阻变行为的传统分类12-14
• 1.2.2 阻变行为的新型分类14-16
• 1.3 NiO阻 变器件的研究现状和发展趋势16-18
• 1.3.1 NiO阻变器件的研究现状16-17
• 1.3.2 NiO阻变器件的发展趋势17-18
• 1.4 本论文的立意及研究内容18-20
• 2 实验方法与表征测试20-29
• 2.1 溶胶 -凝胶法制备薄膜的原理20-22
• 2.2 真空热蒸发镀膜的基本原理22
• 2.3 RRAMs样品的制备流程22-25
• 2.4 实验所用试剂与仪器25-26
• 2.4.1 实验试剂25
• 2.4.2 实验仪器25-26
• 2.5 测试分析方法26-29
• 2.5.1 热重 -差热分析26
• 2.5.2 X-射 线衍射分析26-27
• 2.5.3 原子力显微镜分析27
• 2.5.4 紫外 -可见分光光度分析27
• 2.5.5 场发射扫描电子显微镜分析27-28
• 2.5.6 X射 线光电子能谱分析28
• 2.5.7 I-V性能测试28-29
• 3 Al/NiO/ITO器件阻变行为的研究29-42
• 3.1 NiO薄 膜的制备29-31
• 3.1.1 NiO前驱体的配置29-30
• 3.1.2 NiO薄膜的分析和表征30-31
• 3.2 Al/NiO/ITO器件的共存阻变行为31-41
• 3.2.1 Al/NiO/ITO器件的单极阻变行为32-33
• 3.2.2 Al/Ni O/ITO 器件的双极阻变行为33-34
• 3.2.3 Al/NiO/ITO器件的阈值阻变行为34-36
• 3.2.4 Al/NiO/ITO共存行为的阻变机制36-39
• 3.2.5 Al/NiO/ITO阻变重复性的研究39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 Al/掺杂NiO/ITO阻变行为的研究42-53
• 4.1 Al/Li:NiO/ITO阻变行为的研究42-50
• 4.1.1 Al/Li:NiO/ITO器件的制备和表征42-43
• 4.1.2 Al/Li:NiO/ITO阻变行为的研究43-46
• 4.1.3 Al/Li:NiO/ITO阻变行为的机理46-50
• 4.2 Al/Mn:NiO/ITO阻变行为的研究50-52
• 4.2.1 Al/Mn:NiO/ITO器件的制备和表征50-51
• 4.2.2 Al/Mn:NiO/ITO器件阻变行为的研究51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 5 复合ZnO/NiO阻变器件的研究53-60
• 5.1 Al/ZnO/NiO/ITO器件的制备和表征53-54
• 5.2 Al/NiO/ZnO/ITO阻变行为的研究54-59
• 5.2.1 Al/NiO/ZnO/ITO的线性阻变行为54-55
• 5.2.2 Al/NiO/ZnO/ITO的非线性阻变行为55-56
• 5.2.3 Al/NiO/ZnO/ITO的阻变机理56-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 在读期间已发表和待发表的论文67

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