發(fā)布時間：2018-03-16 13:18

  本文選題：憶阻器　切入點：電脈沖　出處：《西南大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著信息科學和電子器件技術的發(fā)展,器件的尺寸得到了不斷的縮小。但是,當其小到納米量級時,半導體技術就面臨技術和物理理論的雙重挑戰(zhàn)。因此,電子器件的微型化發(fā)展成為中心議題被載入了國際半導體技術藍圖中。在過去的幾十年,為了克服基于電荷存儲的傳統(tǒng)半導體存儲器件因為尺寸的縮小遇到嚴峻的物理理論和制備技術的雙重限制,因而無法滿足信息技術迅速發(fā)展的需要。因此尋找一種更高密度、非易失性、低能耗的下一代新型存儲技術已經迫在眉睫。目前,許多新的非易失性存儲器件應運而生,其中包括聚合物存儲器、磁存儲器、鐵電存儲器、相變存儲器和憶阻隨機存儲器。在這些新型的存儲器中,憶阻隨機存儲器(RRAM)以其具有結構簡單、非易失性、功耗低、讀寫速度快、集成密度高、單個器件可縮小至納米量級等優(yōu)良性能受到許多科研人員的關注,因此被認為是下一代存儲器中最有應用前景的候選者之一。在憶阻存儲器的研究中,室溫下具有憶阻存儲特性的材料更是受到科研人員的青睞。在過去的研究中,人們已經在很多半導體和絕緣體材料(如金屬氧化物、硫化物、復雜鈣鈦礦結構材料以及有機半導體材料)中紛紛發(fā)現(xiàn)了這種憶阻效應。為了揭示這些材料真正出現(xiàn)憶阻效應的機理,到目前為止已經取得很大的研究進展。但是,就目前而言,還沒有一個完整的理論模型能夠對憶阻現(xiàn)象做一個清晰的解釋,機理分析還比較欠缺,仍然存在有大量的研究空間。因此,能夠從基本物理模型去揭開材料電阻變化的機理是一項重要而有深刻意義的研究課題。同時,尋找除了電脈沖控制的憶阻效應以外,其他手段(如光控)控制的憶阻存儲效應更是重中之重的研究方向。為了研究憶阻存儲效應出現(xiàn)的機理以及光照可能對憶阻存儲性能的調控,本論文圍繞幾種多鐵性納米材料在室溫下的憶阻存儲特性,并通過改變材料合成方法和材料的納米結構等方法,我們分別對其憶阻特性進行了系統(tǒng)的分析,進而發(fā)現(xiàn)光照對其中幾種多鐵性納米材料的憶阻效應具有明顯的調控作用,并獲得了一些有意義的結果。主要結果如下:首先,通過簡單的水熱方法,在表面活性劑的誘導下,分別合成出來了高質量的Mn WO4納米線和Fe WO4納米線陣列。隨后利用真空沉積或銀膠壓印的方法制備上電極,即制備成了具有Ag/Mn WO4/Ag和Ag/Fe WO4/Ti三明治結構的憶阻存儲器件。然后使用電化學工作站對兩種結構器件的憶阻特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)兩種結構在室溫下都具有明顯滯回的電流-電壓(I-V)特性關系,這種I-V特性可能歸因于銀電極中的銀原子在較高的外電場下電離出了銀離子(Ag+),進而銀離子在外電壓的驅動下分別在Mn WO4納米線和Fe WO4納米線中沿著電場的方向擴散,隨著銀離子的不斷積累堆積,導致在納米線內部形成了導電細絲,這樣一來,器件由于導電細絲的作用使之發(fā)生短路,便從高阻態(tài)過渡到了低阻態(tài)。由于導電細絲在正反向電場中的不斷形成與斷開,誘導材料在高低阻態(tài)之間可以進行可逆的切換。因此,上述憶阻記憶器件的起因是由于導絲的形成與斷開。更重要的是,對于Ag/Mn WO4/Ag結構的器件,我們通過元素分析,定量的表征出了該器件分別處于高阻態(tài)(HRS)和低阻態(tài)(LRS)時銀元素的百分含量,更加充分的證明了該器件的憶阻效應是來源于導絲的形成與斷開。其次,分別通過簡單水熱法和射頻磁控濺射法在鈦(Ti)片基底上生長出了Bi Mn O3納米線陣列和在柔軟的聚酰亞胺(Polyimide)基底上沉積了Bi Fe O3薄膜。隨后利用銀膠印刷或真空沉積的方法,制備成了具有Ag/Bi Mn O3/Ti和ITO/Bi Fe O3/Ti/Polyimide結構的憶阻存儲器件。最后使用電化學工作站分別對上述兩種結構的憶阻特性進行了詳細研究,發(fā)現(xiàn)上述兩種結構在室溫時都具有明顯滯回的電流-電壓(I-V)特性關系,而且開關穩(wěn)定性能比較良好。更加重要的是,以上兩種結構器件的I-V特性可以被白光的照射所調控。通過進一步機理分析,揭示出了該憶阻特性與上述兩種多鐵性納米材料的極化有關,其鐵電極化可以調節(jié)介質層與相鄰導電材料(電極)界面形成的肖特基勢壘,而白光的照射可以在介質材料(多鐵性納米材料)的內部產生大量的光生截流子,進而改變界面的截流子濃度與極化強度,從而影響到了界面截流子的捕獲和去捕獲,最終影響到了其憶阻器件的存儲特性。特別值得注意的是,其中光控制的ITO/Bi Fe O3/Ti/Polyimide結構的憶阻器件具有柔軟和可穿戴的特性,因此該器件可以做為光控可穿戴式憶阻隨機存儲器件的雛形。最后,我們對生物憶阻器的制備與應用做了簡單的介紹與展望。因為從目前的發(fā)展來看,生物憶阻器將是憶阻器將來的重要發(fā)展方向之一,而基于細胞水平的憶阻器的應用則是體現(xiàn)了生物憶阻器優(yōu)越性的一個重要方面,該應用充分體現(xiàn)出了憶阻器可以縮小到納米量級的特點,這些都是傳統(tǒng)記憶器件所無法媲美的。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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本文編號：1620084