【摘要】：非易失性隨機(jī)阻變存儲器具有阻變切換速度快、易于構(gòu)建、低能耗等優(yōu)越的性能,最有望成為下一代新穎的信息存儲器。阻變存儲器是利用在外部激勵的作用下器件高阻態(tài)與低阻態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)信息的存儲與讀取。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,氧空位遷移是引起阻態(tài)轉(zhuǎn)變最主要的原因之一。然而,氧空位主導(dǎo)的阻變機(jī)理仍存在爭議。空位遷移、空位形成導(dǎo)電絲以及空位對電子的俘獲等作用機(jī)理仍相互交錯,激勵條件尚未明確,延緩了缺陷主導(dǎo)的憶阻器的發(fā)展。傳統(tǒng)的薄膜型憶阻器具有較強(qiáng)的晶面散射,掩蓋了氧空位的作用機(jī)理。因而本文基于六方三氧化鎢納米線構(gòu)建了一維阻變存儲器,通過改變氧空位濃度探究了空位主導(dǎo)的阻態(tài)轉(zhuǎn)變機(jī)理。具體研究成果如下:1.利用水熱法實(shí)現(xiàn)了h-WO_3納米線的可控制備。通過調(diào)控反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量比以及誘導(dǎo)劑種類,實(shí)現(xiàn)了納米線直徑、長度的有效調(diào)控,獲得了單分散性好,直徑約為70-500 nm、長度約為2-15μm,表面光滑、沿c軸方向生長、結(jié)晶性較高的、含有少量空位的六方晶相納米線。2.通過控制氧化/還原溫度與時(shí)間,實(shí)現(xiàn)了納米線中氧空位濃度的調(diào)控。當(dāng)氧化/還原溫度由室溫升高至673K、時(shí)間為40min時(shí),在納米線保持良好形貌與較高結(jié)晶性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部氧空位濃度(1.38%-14.27%)的有效調(diào)控。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氧化/還原過程中氧原子的填充/缺失主要發(fā)生在沿徑向/軸向的O-W-O鏈中。沿軸向大量氧原子的缺失增加了晶格的無序度,導(dǎo)致費(fèi)米能級附近產(chǎn)生新的指數(shù)分布的缺陷能級;隨空位濃度增加,缺陷能級逐漸上移,并與導(dǎo)帶底重疊形成安德森局域。3.通過分析I-V特性曲線,進(jìn)一步闡明了氧空位在憶阻性能中的作用機(jī)理。在低氧空位濃度下,憶阻器由低阻態(tài)開啟呈現(xiàn)出雙極性特性,I-V曲線擬合結(jié)果也表明該導(dǎo)電機(jī)制由SCLC機(jī)制主導(dǎo)。然而,在高缺陷濃度下,缺陷導(dǎo)致晶格的強(qiáng)無序誘發(fā)安德森局域,抑制了載流子的遷移,導(dǎo)致電導(dǎo)明顯下降,憶阻器轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)開啟并呈現(xiàn)出單極性特性。在大偏壓掃描或連續(xù)重復(fù)負(fù)向脈沖的刺激下,氧空位定向遷移降低了晶格無序,安德森局域退化,導(dǎo)電機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)槿毕菽芗墰Q定的SCLC機(jī)制,憶阻器恢復(fù)雙極性特性,出現(xiàn)NDC現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明,通過改變氧空位濃度可以實(shí)現(xiàn)憶阻器極性的轉(zhuǎn)變,有利于多級存儲器的構(gòu)建。同時(shí),通過大偏壓作用或重復(fù)脈沖刺激可誘導(dǎo)氧空位俘獲效應(yīng)與氧空位遷移機(jī)理的相互轉(zhuǎn)變,加深了氧空位阻變機(jī)理的理解,有利于憶阻器的發(fā)展。
【圖文】：

四個(gè)基本物理量關(guān)系及確定的電路元件

圖 1-2（a）數(shù)字型單極性憶阻器；（b）模擬型雙極性憶阻器。此外，憶阻器根據(jù)是否具有確定的開啟電壓可將憶阻器分為數(shù)字型憶阻器和模擬型憶阻器。數(shù)字型憶阻器具有快速的開啟電位，，而模擬型憶阻器中電阻的轉(zhuǎn)換是漸變的。2.憶阻器的構(gòu)建憶阻器從被提出到成功構(gòu)建經(jīng)歷了漫長的過程，2003 年美國加州大學(xué)洛杉磯分校實(shí)驗(yàn)室制備了 8 × 8 的交叉納米線陣列，在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)建垂直結(jié)構(gòu)憶阻器件的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鐖D 1-3 所示。遺憾的是當(dāng)時(shí)交叉納米線陣列構(gòu)建的器件沒有表現(xiàn)出憶阻性能[21]。
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1;TQ136.13;TP333

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本文編號：2600786