Nb-SrTiO3薄膜和Al2O3薄膜及其疊層結(jié)構(gòu)的電致阻變特性的研究.pdf

1、阻變存儲(chǔ)器因?yàn)槠渚哂懈唛_(kāi)關(guān)速度、高存儲(chǔ)密度、低功耗、可靠的穩(wěn)定性、優(yōu)異的可擴(kuò)展性以及與 CMOS工藝相兼容等特點(diǎn),被認(rèn)為是下一代非易失性存儲(chǔ)器中最具有前景的候選者。然而其電阻進(jìn)行變換的機(jī)制仍然不清晰,這成為RRAM進(jìn)一步發(fā)展并得以應(yīng)用的最大障礙。典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Nb:SrTiO3(NSTO)和高絕緣Al2O3分別具有界面效應(yīng)和細(xì)絲機(jī)制決定的電致阻變特性,對(duì)這兩種材料阻變特性的進(jìn)一步研究更有利于電阻變換機(jī)制的討論。本文采用脈沖激光沉積技術(shù)(

2、PLD)和磁控濺射技術(shù)制備了摻雜0.7 wt％Nb的SrTiO3(NSTO)薄膜和高絕緣Al2O3薄膜,通過(guò)改變電極和堆疊介質(zhì)層的方法,系統(tǒng)研究了基于NSTO薄膜和Al2O3薄膜的阻變器件的開(kāi)關(guān)特性,并對(duì)其機(jī)制問(wèn)題進(jìn)行了探討。本論文包括以下幾個(gè)方面:
　　1.Pt/NSTO/Pt存儲(chǔ)器件的制備和電致阻變特性的研究
　　Pt/NSTO/Pt存儲(chǔ)器件是單雙極共存的電致阻變存儲(chǔ)器。逆時(shí)針雙極開(kāi)關(guān)特性隨著循環(huán)次數(shù)的增加逐漸穩(wěn)定,單極

3、開(kāi)關(guān)特性相對(duì)比較穩(wěn)定。雙極開(kāi)關(guān)特性主要是由上下界面的肖特基勢(shì)壘高度或?qū)挾鹊母淖冃纬傻?單極特性主要是由載流子、氧空位或者其他缺陷組成的導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂決定的。
　　2.Al/NSTO/Pt存儲(chǔ)器件的制備和電致阻變特性的研究
　　Al/NSTO/Pt器件初始具有雙向肖特基勢(shì)壘,上界面勢(shì)壘高度高于下界面。但隨著掃描電壓的增大,器件逐漸表現(xiàn)出下界面肖特基勢(shì)壘決定的順時(shí)針雙極開(kāi)關(guān)行為,且具有多級(jí)存儲(chǔ)效應(yīng)。對(duì)器件施加適當(dāng)?shù)膿舸╇妷?/p>

4、形成新的開(kāi)關(guān)單元,新的開(kāi)關(guān)單元具有更加穩(wěn)定、可靠的逆時(shí)針雙極開(kāi)關(guān)行為,不再具有多級(jí)存儲(chǔ)效應(yīng)。不同回線方向的雙極阻變開(kāi)關(guān)行為,表明適當(dāng)?shù)膿舸?huì)對(duì)器件的肖特基勢(shì)壘以及器件內(nèi)部氧空位或其他缺陷的分布產(chǎn)生巨大的影響。Al電極和 NSTO薄膜接觸的界面生成的Al2O3高絕緣氧化層,對(duì)于器件性能的提高起到了重要的作用。是否具有多級(jí)存儲(chǔ)效應(yīng)則和下界面肖特基勢(shì)壘有著密切的關(guān)系。
　　3.NSTO插入層對(duì)Al/Al2O3/NSTO/Pt器件的電致阻

5、變特性的影響
　　插入NSTO層之后,器件的穩(wěn)定性、開(kāi)關(guān)電壓、功耗等都得到了很大程度的提高。具有NSTO插入層的器件沒(méi)有常規(guī)的電形成過(guò)程,而是由一個(gè)潤(rùn)滑過(guò)程來(lái)代替。開(kāi)關(guān)電壓VON和VOFF分別減小為0.35V和-0.4V,具有很低的功耗。高低阻態(tài)也都具有很好的穩(wěn)定性。多晶NSTO薄膜中存在著大量的氧空位、載流子或者其他的缺陷,因此器件不需要大電壓的刺激去激發(fā)電致阻變行為,即沒(méi)有形成過(guò)程。通過(guò)對(duì)電壓-電流曲線的擬合發(fā)現(xiàn),器件在ON態(tài)