【摘要】：依賴于浮置柵極結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)存儲(chǔ)器件閃存受限于其物理本質(zhì)遭遇了發(fā)展瓶頸,為了滿足快速發(fā)展的信息存儲(chǔ)需求,新一代存儲(chǔ)器件的研發(fā)勢(shì)在必行。在目前科研人員關(guān)注的幾類(lèi)新型存儲(chǔ)器中,阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)以其在器件結(jié)構(gòu)、存取速度、循環(huán)壽命等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是下一代存儲(chǔ)器件最有力的候選者之一。對(duì)于RRAM器件而言,阻變層材料對(duì)其性能有著很大的影響,多種材料體系的器件在不同的應(yīng)用領(lǐng)域具有特殊的潛力,其中有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料具有制備工藝簡(jiǎn)便、帶隙可調(diào)、光電響應(yīng)好等優(yōu)勢(shì),對(duì)于阻變器件的多模式應(yīng)用、尤其是光電結(jié)合應(yīng)用具有重要的意義。因此,本文選用基于CH_3NH_3PbI_3(下文簡(jiǎn)稱為MAPbI_3)材料的阻變器件,針對(duì)其阻變行為和性能優(yōu)化進(jìn)行了以下研究:MAPbI_3阻變存儲(chǔ)器件制備及電學(xué)特性:(1)采用兩步法獲得穩(wěn)定MAPbI_3薄膜并以此制備Al/MAPbI_3/FTO結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器件,器件自限制穩(wěn)定循環(huán)、電阻轉(zhuǎn)變迅速(小于100ns);(2)研究了遞進(jìn)幅值脈沖對(duì)器件電阻狀態(tài)的影響,通過(guò)控制脈沖幅值實(shí)現(xiàn)了器件電阻變化由數(shù)字式突變向模擬式緩變的轉(zhuǎn)換,器件阻態(tài)在50?至800?范圍內(nèi)可調(diào)節(jié),在神經(jīng)突觸仿生、記憶行為模擬等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力;(3)研究了限制電流對(duì)器件保持特性的影響,通過(guò)施加不同大小的限制電流(5 mA-500μA)實(shí)現(xiàn)了器件保持時(shí)間的調(diào)控和阻變行為由非易失性向易失性的轉(zhuǎn)變,并在器件的易失性行為中發(fā)現(xiàn)了量子電導(dǎo)的現(xiàn)象,在高密度存儲(chǔ)、原子開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力;(4)研究了器件的電阻轉(zhuǎn)換機(jī)制,通過(guò)I-V曲線擬合及變溫測(cè)試證明了器件電阻轉(zhuǎn)換的物理本質(zhì)是基于碘離子遷移的空位導(dǎo)電通道機(jī)制。MAPbI_3阻變存儲(chǔ)器件性能優(yōu)化方法:電激活過(guò)程中碘空位的過(guò)量產(chǎn)生及循環(huán)過(guò)程中碘空位通道的增殖,會(huì)對(duì)器件阻變性能產(chǎn)生極大的影響,針對(duì)以上兩方面問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)了可見(jiàn)光輔助的電激活過(guò)程和引入α-C阻擋層兩種方法對(duì)器件運(yùn)行可靠性進(jìn)行優(yōu)化。(1)通過(guò)使用可見(jiàn)光輔助的電激活過(guò)程方法,器件窗口值由7提升至20、功耗由17.95 mW降低至0.87 mW、阻態(tài)離散系數(shù)由23.02%/43.50%(HRS/LRS)降低至7.93%/20.08%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了阻變性能優(yōu)化的機(jī)制可以歸因于可見(jiàn)光輻照降低碘離子激活能(即降低形成電壓)對(duì)過(guò)充電流的抑制作用和光生載流子對(duì)寄生電容效應(yīng)的削弱作用;(2)通過(guò)引入α-C阻擋層的方法,器件窗口值由10提升至18、功耗由653μW降低至74μW、高阻態(tài)離散系數(shù)由48.92%降低至17.60%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析判斷器件優(yōu)化機(jī)制可以歸因于α-C阻擋層對(duì)碘揮發(fā)的抑制作用。
【圖文】：

動(dòng)在產(chǎn)生定向電流的同時(shí)，也有部分能量較高的電子越過(guò)絕緣層并進(jìn)入置柵極(即熱電子注入過(guò)程)，由于浮置柵極被絕緣層包裹，進(jìn)入電極的電盡能量后會(huì)被限制其中，在通常情況下電荷可以保持?jǐn)?shù)年不會(huì)逸散。浮的擦除過(guò)程可以使用類(lèi)似的方法施加能量較高的電場(chǎng)使電子具有足夠的來(lái)完成。

神經(jīng)突觸學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用潛力[22]。這一發(fā)現(xiàn)激起了人們的熱情，后續(xù)研究者們發(fā)現(xiàn)在大量不同的材料體系中均存在著可應(yīng)用與存儲(chǔ)領(lǐng)域的阻變現(xiàn)象，并針對(duì)其應(yīng)用、原理、工業(yè)化集成等細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行了一系列的研究[23]。如圖 1.2 所示，通常情況下阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)由金屬導(dǎo)體電極層/電介質(zhì)層(絕緣體或半導(dǎo)體)/金屬導(dǎo)體電極層的三層結(jié)構(gòu)組成。器件在電場(chǎng)作用下，初始態(tài)(InitiaState/IS)的電介質(zhì)層中形成的導(dǎo)電通路使得器件電阻值降低，器件轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)(LowResistance State/LRS) 并可以長(zhǎng)期保持，這個(gè)過(guò)程稱為電激活過(guò)程 (ElectroforminProcess)；由于該導(dǎo)電通路的形成過(guò)程是可逆的，通過(guò)施加電場(chǎng)產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)可以部分?jǐn)嚅_(kāi)導(dǎo)電通路，使得器件轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)(High Resistance State/HRS)并可以長(zhǎng)期保持這個(gè)過(guò)程稱之為關(guān)閉過(guò)程(Reset Process)；當(dāng)再次對(duì)器件施加電場(chǎng)時(shí)，部分?jǐn)嚅_(kāi)的導(dǎo)電通路可以再次連接并使器件轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)，稱之為開(kāi)啟過(guò)程(Set Process)。在電激活過(guò)程和開(kāi)啟過(guò)程中，為了防止流經(jīng)器件的電流過(guò)大進(jìn)而擊穿器件，，通常會(huì)施加一個(gè)限制電流(Compliance Current/Ic)來(lái)保護(hù)器件。器件的高阻態(tài)、低阻態(tài)可以分別對(duì)應(yīng)邏輯 0、邏輯1兩種不同的狀態(tài)，而開(kāi)啟過(guò)程和關(guān)閉過(guò)程則可以對(duì)應(yīng)寫(xiě)入、擦除操作，從而實(shí)現(xiàn)基本的存儲(chǔ)功能。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2644121