NiO电阻开关效应中Ni细丝的演变过程和磁电耦合

发布时间：2017-10-01 16:02

  本文关键词：NiO电阻开关效应中Ni细丝的演变过程和磁电耦合

  更多相关文章： 电阻开关效应 NiO 细丝 演变 磁电耦合

【摘要】：近年来,电阻开关(RS)效应由于其重要的科学意义以及在电阻式随机存储器(RRAM)、新的计算机逻辑架构上的应用,已经引起了广泛的关注。众所周知,基于电荷的存储器的发展,如动态随机存储器和闪存,因尺寸效应而大大受限。因此,基于非电荷的存储器已成为人们迫切的需求,它们往往具有低成本、低功耗、高速度和高集成密度等优点。RRAM具有这些优点,被认为是下一代非易失性存储器最具竞争力的候选者之一。到目前为止,人们已经提出了很多机制来解释RS效应,导电细丝的通断是研究比较多的一种机制,但它仍是一个未解决的问题。在NiO的RS效应里,人们比较认可的是细丝的通断机制,但目前并没有真正观测到一条完整的从顶电极到底电极的细丝,也没有结构表征;在NiO开关效应中,是单细丝机制还是多细丝机制,低阻态(LRS)向高阻态(HRS)转变过程中,细丝是如何演变的;Ni细丝是铁磁性的,是否存在磁电耦合呢?本论文针对以上问题,在NiO薄膜中开展了相关的研究,主要内容体现在以下三个方面:第一方面,用脉冲激光沉积的方法,在Pt\Ti\SiO_2\Si衬底上制备了NiO薄膜样品。通过透射电子显微镜(TEM)的观测,我们首次给出了从顶电极延伸到底电极的完整Ni细丝图像,并给出了结构表征。第二方面,通过LRS和不同阻值的HRS的阻抗特性及R-T曲线,分析表明NiO开关效应为多细丝机制。通过拟合,我们也首次给出了NiO开关效应中Ni细丝断裂的具体过程:细丝先逐渐断裂,基本断裂后,间隙再逐渐变大。第三方面,磁电耦合。给出了电场对样品磁性质的调控,电场使样品处于LRS和HRS,室温下不同态的饱和磁化强度相差14%,表明电场对样品磁性质有显著调控。给出了磁场对样品电性质的调控,LRS表现的是各项异性磁电阻(AMR)效应,HRS表现的是反常AMR效应、AMR效应和TMR效应。NiO电阻开关效应中磁电耦合现象的发现,为以后多功能存储器件的研究奠定了基础。
【关键词】：电阻开关效应 NiO 细丝 演变 磁电耦合
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 电阻开关效应的分类11-16
• 1.1.1 I-V曲线特性：单极性、双极性11-12
• 1.1.2 根据效应发生的具体位置：体效应、界面效应12-13
• 1.1.3 根据作用物理机理：电化学氧化还原机制、热化学机制、价态变化机制13-16
• 1.2 应用：新型非挥发性存储器16-20
• 1.3 NiO单极性开关效应中物理机制的研究进展20-23
• 1.4 选题思路与研究内容23-25
• 第2章 实验方法25-37
• 2.1 样品制备技术25-30
• 2.2 样品质量表征30-37
• 2.2.1 原子力显微镜30-31
• 2.2.2 透射电子显微镜31-33
• 2.2.3 输运测量33-34
• 2.2.4 阻抗测量34-35
• 2.2.5 超导量子干涉磁强计35-37
• 第3章 NiO开关效应中Ni细丝的直接观测和表征37-49
• 3.1 引言37-40
• 3.2 样品的制备与基本性质表征40-43
• 3.2.1 NiO样品的制备40
• 3.2.2 样品基本性质表征40-43
• 3.3 NiO在TEM下的观测结果43-48
• 3.3.1 带树枝状的完整细丝的观察及结构表征43-47
• 3.3.2 晶界结构畸变处细丝的观察47-48
• 3.4 本章小节48-49
• 第4章 NiO开关效应中Ni细丝的演变过程49-71
• 4.1 引言49-50
• 4.2 I-V曲线测量及统计50-53
• 4.3 阻抗谱测量及模数转换53-57
• 4.4 等效电路及电容拟合57-59
• 4.5 R-T曲线测量及热激活能计算59-60
• 4.6 氧空位含量对输运影响的第一性原理计算60-63
• 4.7 不同高阻态下的电流传导机制63-70
• 4.8 本章小结70-71
• 第5章 NiO开关效应中的磁电耦合71-81
• 5.1 引言71-72
• 5.2 电场对样品磁性质的调控72-74
• 5.3 磁场对样品电性质的调控74-80
• 5.4 本章小节80-81
• 第6章 总结81-83
• 6.1 研究总结81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陈林;李敬东;唐跃进;任丽;;超导量子干涉仪发展和应用现状[J];低温物理学报;2005年S1期

2 张焱,高政祥,高进,曹立志;磁性测量仪器(MPMS-XL)的原理及其应用[J];现代仪器;2003年05期

3 蔡继业,曾洁铭,王煜,曾耀英;扫描探针显微术的应用(综述)[J];暨南大学学报(自然科学与医学版);2001年03期

4 韩立，陈皓明，王秀凤;扫描探针显微术在GaAs等半导体研究中的应用[J];功能材料;1999年02期

，

本文编号：954331