Si薄膜和BFO薄膜阻变存储特性研究

发布时间：2017-06-24 10:06

  本文关键词：Si薄膜和BFO薄膜阻变存储特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在过去的几十年中,随着对便携式移动电子设备日益增长的需求,非易失性存储器已被广泛研究。以Flash存储器为代表的传统非易失性存储器,面临着许多技术挑战和一些物理限制,如高编程电压,低耐疲劳性,低写入速度,隧穿氧化物的比例限制等问题。为了克服这些问题,许多新型非易失性存储器已经出现。其中阻变随机存取存储器(RRAM),因为其结构简单,运行速度快,保持时间长,功耗低,引起人们的广泛关注。在本论文中,主要有以下几方面:采用射频等离子增强化学气相沉积技术在Pt衬底上沉积了氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜,并制备了Ag/nc-Si:H/Pt结构的器件。由XRD,拉曼光谱,傅里叶变换红外光谱和高分辨透射电子显微镜对nc-Si:H薄膜的微观结构进行表征,结果显示有纳米晶镶嵌在非晶基质中。通过测试器件的I-V曲线,讨论了nc-Si:H薄膜的阻变存储特性及机制。该结构的存储器件呈现出稳定的三阻态。高阻态(HRS)和中间态(IRS)的温度依赖性都显示出半导体行为,而低阻态(LRS)的温度依赖性表现出金属特性。I-V曲线的拟合结果表明,HRS,IRS和LRS的导电机制分别为空间电荷限制电流(SCLC),隧穿和欧姆特性。并认为表现出的IRS是由Si纳米晶和其附近的离散Ag细丝造成的,表现出LRS是因为完整的Ag细丝的存在。离散Ag纳米颗粒之间的Si纳米晶有助于IRS时的电流传输。采用射频磁控溅射技术制备了以BFO薄膜为介质层的Ag/BFO/Pt结构的阻变存储器件,讨论低限流下该器件的开关特性。结果表明:在低至0.5μA的小限制电流下,该Ag/BFO/Pt结构的器件具较好的I-V曲线,有较低的开关电压,有较大的开关电阻比,比值超过20,具有较好的抗疲劳性,有效开关次数达100多次以上,有较好的保持特性,经过1.8×104s以后,器件高、低阻态的电阻值无明显变化。简单分析了该Ag/BFO/Pt存储器件的阻变开关机制,主要归因于Ag导电细丝的形成与断开。采用射频磁控共溅射技术生长了掺Ag的BFO薄膜,制备了Ag/BFO/Ag-BFO/BFO/Pt结构的阻变存储器件,讨论该器件的开关特性。结果表明,该Ag/BFO/Ag-BFO/BFO/Pt结构的器件具有明显的开关效应和较好的I-V重复性,开关电压比较集中,有比值超过10的开关电阻比,具有较好的抗疲劳性,有效开关次数达110多次以上,有较好的保持特性,经过近104s后,器件高、低阻态的电阻值无明显变化。采用射频磁控溅射沉积了不同氧气和氩气气氛下的BFO薄膜,制备了Ti/BFO/Pt结构的阻变存储器件,讨论该器件的开关特性和氧空位的作用。结果表明,氩气下生长的Ti/BFO/Pt结构的器件比氩气和氧气下的具有明显较好的I-V特性,较好的抗疲劳性,氩气下的有效开关次数达500次,有较好的保持特性,经过近3.6×104s后,器件高、低阻态的电阻值无明显变化。这些结果表明氧空位在器件中起到重要作用。
【关键词】：阻变存储器 阻变 机制 nc-Si:H薄膜 BFO薄膜
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333;TB383.2
【目录】：

• 中文摘要5-7
• abstract7-11
• 第1章 引言11-24
• 1.1 半导体存储器与阻变存储器概述11-16
• 1.1.1 半导体存储器概述11-12
• 1.1.2 阻变存储器概述12-16
• 1.2 基于硅薄膜的阻变存储器16-20
• 1.2.1 硅薄膜概述16-17
• 1.2.2 基于硅薄膜的阻变存储器研究概述17-20
• 1.3 基于钙钛矿氧化物的阻变存储器20-22
• 1.3.1 铁酸铋概述20
• 1.3.2 基于钙钛矿氧化物的阻变存储器20-22
• 1.4 论文的研究内容22-24
• 第2章 基于氢化纳米硅薄膜的阻变特性24-34
• 2.1 实验方法和过程24-26
• 2.1.1 薄膜制备的方法24-25
• 2.1.2 实验过程25-26
• 2.2 结果与讨论26-33
• 2.2.1 nc-Si:H薄膜的微观结构26-28
• 2.2.2 nc-Si:H薄膜的阻变特性28-30
• 2.2.3 nc-Si:H薄膜的传导机制30-33
• 2.3 结论33-34
• 第3章 基于铁酸铋薄膜的小限流下的阻变开关特性34-41
• 3.1 实验方法和过程34-35
• 3.1.1 实验方法34-35
• 3.1.2 实验过程35
• 3.2 结果与讨论35-39
• 3.2.1 小限流下BFO薄膜的阻变特性35-39
• 3.2.2 BFO薄膜的阻变机制39
• 3.3 结论39-41
• 第4章 基于掺Ag铁酸铋薄膜的阻变开关特性41-47
• 4.1 实验过程41-42
• 4.2 掺Ag BFO薄膜的阻变特性42-45
• 4.3 结论45-47
• 第5章 不同氧和氩比下铁酸铋薄膜的阻变开关特性47-51
• 5.1 实验过程47
• 5.2 不同氧和氩比下BFO薄膜的阻变特性47-50
• 5.3 结论50-51
• 结论与展望51-53
• 参考文献53-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士期间发表的学术论文59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 杨彩霞,林殷茵,汤庭鳌;溶胶-凝胶法制备BiFeO_3铁电薄膜的结构和特性[J];功能材料;2005年03期

2 左青云;刘明;龙世兵;王琴;胡媛;刘琦;张森;王艳;李颖_";;阻变存储器及其集成技术研究进展[J];微电子学;2009年04期

3 赵冬月;刘保亭;郭哲;李曼;陈剑辉;代鹏超;韦梦yN;;非晶Ti-Al过渡层对Pt/Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3/Pt电容器结构和性能的影响[J];人工晶体学报;2011年01期

4 闫小兵;史守山;贾长江;张二鹏;李钗;李俊颖;娄建忠;刘保亭;;含Ti电极的非晶钛酸锶薄膜的阻变开关特性研究[J];人工晶体学报;2012年05期

5 王永;管伟华;龙世兵;刘明;谢常青;;阻变式存储器存储机理[J];物理;2008年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张二鹏;锆铪氧薄膜的电输运及阻变特性研究[D];河北大学;2014年

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本文编号：477810