外延（111）钛酸钡薄膜的高密度存储特性研究

发布时间：2017-09-17 10:38

  本文关键词：外延（111）钛酸钡薄膜的高密度存储特性研究

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【摘要】：当今的社会发展很快,尤其是信息技术,而存储器是信息技术发展的必需品。存储器主要分为易失性和非易失性两种类型。易失性存储器就是说存储的信息在断电的情况下会丢失,相反地,非易失性存储器在断电的情况下能够一直保存我们需要的信息。目前我们常用的闪存(Flash)是一种非易失性存储器。但由于MOS管的特征尺寸是有一定的极限的,而且闪存(Flash)的功耗是比较大的,尺寸过小还会影响数据保持性能。闪存(Flash)的以上缺点使得闪存(Flash)的发展受到了限制,无法满足人们对存储器的要求。电阻式存储器(RRAM)是一种新型的存储器,能够满足人们对存储器的需求,需要我们努力地研究并使其得到应用。为了使RRAM器件得到应用,我们还需要在以下几方面做出努力:(1)阻变机制尚不明确,我们应尽量采用简单的器件结构来探究电阻开关机制;(2)实现高密度存储;(3)排除RRAM器件的形成过程;(4)器件的保持性好等等。高密度存储是电阻式存储器(RRAM)特别需要努力的一个方向。我们对比较热门的钙钛矿材料钛酸钡(Ba Ti O3)进行了一些研究。首先我们通过脉冲激光沉积(PLD)技术在取向为(111)的掺铌钛酸锶(Nb:Sr Ti O3(NSTO))衬底上制备了钛酸钡(Ba Ti O3)薄膜。通过X射线衍射仪的θ-2θ扫描,确定了所制备的Ba Ti O3(BTO)薄膜的晶体取向为(111),接着又通过X射线衍射仪的Φ扫描明确了Ba Ti O3薄膜在(111)取向上的外延生长,最后通过X射线衍射仪的ω扫描说明我们所制备的薄膜质量比较好。之后用小型离子溅射仪并通过掩模板在BTO薄膜上镀上Pt上电极,于是就形成了Pt/BTO/NSTO的三明治结构。为了更好地进行电学测试,我们在NSTO的背面焊了In电极。通过电学测试确定了In和NSTO之间的接触是欧姆接触。在确定好器件的结构之后,我们采用Keithley 2400仪器对Pt/BTO/NSTO/In器件进行了电流-电压(I-V)扫描测试。研究得出电阻开关不需要形成过程。在大电压下(7V)的I-V曲线中,我们在负电压区域大约-5V的位置发现了负微分电阻的现象,这对于器件的高密度存储是很有利的,同时我们也观察到了双极性电阻开关现象。而在小电压下(4V)的I-V曲线呈现出整流特性。对负阻现象进行探究。通过改变扫描最大负电压和扫描最大正电压,我们发现负阻现象的出现只和正电压有关系。加正脉冲电压,只扫描负电压区域,也出现了负阻现象。此外,还测试了限制电流对负阻现象的影响,发现限制电流对负阻现象也有影响。对双极性电阻开关现象进行探究。因为研究的是存储器的电阻开关特性,所以我们还探究了最大正电压、最大负电压以及限制电流等因素对电阻开关LRS以及HRS阻值的影响。随着正电压的增大,LRS逐渐减小最后达到饱和,HRS保持不变;随着限制电流的增大,LRS也逐渐减小最后达到饱和,HRS保持不变;随着最大负电压绝对值的增大,HRS逐渐增大最后达到饱和,LRS保持不变。双极性电阻开关特性具有可调性。对这些现象进行归纳总结,我们发现器件具有多级存储的潜能,这对器件的高密度存储也是有利的。对器件的保持性和循环性进行了测试。在保持性曲线中,我们发现LRS的曲线在刚开始有衰减的趋势,根据相关文献报道,该器件的电阻开关特性与氧空位有关。通过查文献及资料得知,BTO和NSTO都是n型的并且它们之间的势垒特别低,可以看作是欧姆接触;通过电学测试已确定In和NSTO之间是欧姆接触;而Pt和BTO之间因为功函数不同形成了肖特基势垒。我们认为器件的电阻开关特性与Pt/BTO界面有关。于是我们用氧空位引起势垒高度/宽度的变化来解释前面的负阻现象以及可调双极性电阻开关现象,Pt/BTO界面的氧空位作为俘获层能够俘获和释放电子。此外,还简单了解了白光照对小电压下的整流特性的影响。白光照使得小电压下的整流特性变差。最后我们进行了总结,我们所制备的器件具有负阻现象,也具有多级存储的潜能,这两方面对于器件的高密度存储都很有利,这对今后电阻开关的研究以及应用都是很有优势的。
【关键词】：钛酸钡(BaTiO3) 双极性电阻开关 负微分电阻 高密度信息存储 白光
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 存储器的发展12-17
• 1.2.1 非易失性存储器12-15
• 1.2.2 电阻式存储器15-17
• 1.3 薄膜的制备17-19
• 1.3.1 常用的薄膜制备方法17-19
• 1.3.2 脉冲激光沉积（PLD）法制备薄膜的优势19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 参考文献21-25
• 第2章 实验表征仪器及电学测试仪器25-31
• 2.1 实验表征仪器25-27
• 2.1.1 X射线衍射仪（XRD）25-26
• 2.1.2 原子力显微镜（AFM）26-27
• 2.2 电学测试系统27-28
• 2.2.1 Keithley 2400仪器27-28
• 2.2.2 Keithley 4200-SCS仪器28
• 2.3 铁电测试仪28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 参考文献30-31
• 第3章 Pt/BTO/NSTO器件的制备及其I-V特性31-47
• 3.1 Pt/BTO/NSTO器件的制备31-33
• 3.1.1 BTO薄膜的制备31
• 3.1.2 BTO薄膜的XRD表征31-32
• 3.1.3 Pt/BTO/NSTO器件的制备32-33
• 3.2 Pt/BTO/NSTO器件的I-V测试33-44
• 3.2.1 负微分电阻（负阻）现象35-38
• 3.2.2 Pt/BTO/NSTO器件的可调性38-42
• 3.2.3 器件的保持性和循环性42-43
• 3.2.4 负阻以及可调双极性电阻开关的定性解释43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 参考文献45-47
• 第4章 光照下的I-V特性以及器件的C-V、I-Vpulse、P-V测试47-53
• 4.1 光照对Pt/BTO/NSTO器件I-V特性的影响47
• 4.2 Pt/BTO/NSTO器件的电容-电压（C-V）测试47-48
• 4.3 Pt/BTO/NSTO器件的电流-脉冲电压（I-Vpulse）测试48-49
• 4.4 Pt/BTO/NSTO器件的极化强度-电压（P-V）测试49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 参考文献51-53
• 总结53-54
• 致谢54-55
• 攻读学位期间发表的学术论文55-56

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