發(fā)布時(shí)間：2018-04-25 22:38

  本文選題：碲基硫系化合物 + 憶阻器　； 參考：《華中科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：自2008年被實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)以來,憶阻器就受到了全球研究人員的廣泛關(guān)注。憶阻器能記憶流經(jīng)其的電荷,因而在非易失性存儲(chǔ)、邏輯運(yùn)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和可編程電路等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。然而目前憶阻器的研究仍處于起步階段,在材料、器件結(jié)構(gòu)、憶阻機(jī)理以及器件電阻的調(diào)控上還有許多問題亟需進(jìn)一步研究。 本論文中研究了Ge2Sb2Te5、Ag5In5Sb6oTe3o、Sb2Te3三種不同的碲基硫系化合物材料,制備了憶阻器件,研究了幾種不同材料在憶阻特性上的特點(diǎn),提出了其憶阻機(jī)制,探討碲基硫系化合物憶阻器的器件改進(jìn)、特性調(diào)制方法和可能的應(yīng)用。本文主要工作與結(jié)論如下： 首先我們研究了Sb原子含量不超過化學(xué)計(jì)量比的Ge2Sb2Te5薄膜在非晶態(tài)下的憶阻特性,制備了兩種Ge2Sb2Te5'憶阻器：一種是基于非活性電極的TiW/Ge2Sb2Te5/TiW結(jié)構(gòu)憶阻器件,高低阻變化范圍在1個(gè)數(shù)量級(jí)以內(nèi),但器件電阻可多級(jí)連續(xù)調(diào)制,并構(gòu)建了基于空間電荷限制導(dǎo)電效應(yīng)的憶阻模型；另一種是采用活性Ag電極的Ta/Ge2Sb2Te5/Ag和Ag/Ge2Sb2Te5/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器件,在Ge2Sb2Te5薄膜內(nèi)部發(fā)生Ag導(dǎo)電絲的形成和斷裂,導(dǎo)致器件的電阻變化,器件可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的阻變開關(guān),RoFF/RoN可基本保持在50倍以上,且構(gòu)建了基于電化學(xué)金屬化反應(yīng)的憶阻模型。 其次,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)AgsIn5Sb60Te30薄膜在非晶態(tài)下能夠展現(xiàn)出良好的憶阻特性,構(gòu)建了基于本征的空間電荷限制導(dǎo)電效應(yīng)和非本征的電化學(xué)金屬化反應(yīng)兩種憶阻機(jī)制的Ag5Iln5Sb60Te30憶阻模型。在由空間電荷限制導(dǎo)電效應(yīng)和電化學(xué)金屬化反應(yīng)共同作用的Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器中,可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電阻漸變調(diào)控,精確地對(duì)器件電阻進(jìn)行調(diào)制。此外在Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag結(jié)構(gòu)憶阻器中,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙極性和單極性的電阻漸變調(diào)制,但雙極性的電阻調(diào)控所需的脈沖能量比單極性調(diào)控更小功耗更低。 最后,我們研究了晶態(tài)Sb2Te3薄膜的憶阻特性,提出其阻變行為與薄膜內(nèi)的帶電缺陷有關(guān)。在高阻態(tài)下,由于普爾—法蘭克發(fā)射效應(yīng),器件電阻隨外加電壓升高而降低；而當(dāng)外加電壓足夠大時(shí),Sb2Te3薄膜內(nèi)的帶電缺陷可發(fā)生移動(dòng),導(dǎo)致器件電阻的進(jìn)一步突變。當(dāng)在器件一側(cè)使用活性的Ag電極時(shí),Ag原子退火后會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入Sb2Te3材料,與Te原子結(jié)合,在電極/功能層界面附近造成更多的帶電缺陷；通過施加合適的脈沖序列,可在Ag/Sb2Te3/Ta憶阻器中同時(shí)實(shí)現(xiàn)開關(guān)切換和電阻漸變調(diào)制兩種特性。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ge2Sb2Te5、Ag5In5Sb6oTe3o、Sb2Te3三種碲基硫系化合物均可作為憶阻器件的憶阻材料,其憶阻特性和憶阻機(jī)制各不相同。其中使用Ag電極的Ge2Sb2Te5'憶阻器具有最好的開關(guān)特性,最適合用于數(shù)字應(yīng)用領(lǐng)域的非易失性存儲(chǔ)器和邏輯運(yùn)算；Ag5InsSb60Te30憶阻器則具有最佳的電阻漸變調(diào)控特性,有望用于多值存儲(chǔ)和一些模擬應(yīng)用領(lǐng)域,如模擬神經(jīng)元突觸功能等；Sb2Te3憶阻器同時(shí)具備較為穩(wěn)定的開關(guān)特性和電阻漸變調(diào)制特性。
[Abstract]:Since the implementation of the experiment in 2008, the memristor has attracted wide attention from researchers around the world. The memristor can memorize its charge, and therefore has a broad application prospect in the fields of non-volatile storage, logic operation, neural network and programmable circuits. However, the research of memristor is still in its infancy, in materials, Device structure, memristor mechanism and device resistance regulation still need to be further studied.
In this paper, three kinds of tellurium based sulfur compounds of Ge2Sb2Te5, Ag5In5Sb6oTe3o, Sb2Te3 are studied. The memristor devices are prepared. The characteristics of the memristor characteristics of several different materials are studied. The memristor mechanism is proposed. The device improvement, the characteristic modulation method and the possible application of the tellurium based sulfur compound memristor are discussed. The work and conclusions are as follows:
First, we studied the memory resistance characteristics of Ge2Sb2Te5 films with Sb atom content not exceeding the stoichiometric ratio. Two kinds of Ge2Sb2Te5'memristors were prepared. One is an TiW/Ge2Sb2Te5/TiW structure recristor based on an inactive electrode. The range of high and low resistance varies within 1 orders of magnitude, but the device resistance can be multistage continuous modulation. A memristor model based on space charge limiting electrical conductivity is constructed, and the other is Ta/Ge2Sb2Te5/Ag and Ag/Ge2Sb2Te5/Ag structure recalling devices using active Ag electrodes. The formation and fracture of Ag conductive wire in the Ge2Sb2Te5 film can lead to the change of the resistance of the device. The device can achieve a stable resistive switch, and RoFF/RoN can be maintained basically. More than 50 times, a memristor model based on electrochemical metallization was built.
Secondly, it is found that the AgsIn5Sb60Te30 film can exhibit good memristor characteristics under the amorphous state. The Ag5Iln5Sb60Te30 memristor model of two kinds of memristor mechanisms based on the intrinsic space charge limiting conductivity and the non intrinsic electrochemical metallization is constructed. In the same Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag structure memristor, a stable resistance gradient regulation can be achieved and the device resistance can be modulated accurately. In addition, the resistance gradient modulation of bipolar and unipolar can be realized simultaneously in the Ag/Ag5In5Sb6oTe3o/Ag structure memristor, but the pulse energy required for the bipolar resistance regulation is more than the single polarity modulation. Control smaller power consumption is lower.
Finally, we study the memristor characteristics of the crystalline Sb2Te3 film, and propose that the resistance change is related to the charged defect in the thin film. Under the high resistance state, the device resistance decreases with the increase of the applied voltage, and when the applied voltage is large enough, the charged defect in the Sb2Te3 film can be moved, leading to the device. Further mutation of resistance. When the active Ag electrode is used on the side of the device, the Ag atom will spread into the Sb2Te3 material after annealing and combine with the Te atom to cause more charged defects near the interface of the electrode / functional layer. The switch switch and the resistance gradient can be realized in the Ag/Sb2Te3/Ta memristor by applying the appropriate pulse sequence. Two characteristics are modulated.
It is found that the three tellurium based sulfur compounds of Ge2Sb2Te5, Ag5In5Sb6oTe3o and Sb2Te3 can be used as memristors for memristor devices, and their recristor resistance and memristor mechanisms are different. The Ge2Sb2Te5'memristor using Ag electrode has the best switching characteristics, which is most suitable for non-volatile memory and logic operation in the field of digital use; A The g5InsSb60Te30 memristor has the best resistance gradient regulation and control characteristics. It is expected to be used in multi value storage and some analog applications, such as analog neuron synaptic function. The Sb2Te3 memristor has more stable switching characteristics and resistance gradient modulation characteristics.

【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM54

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1803325