【摘要】：當今社會,人們對高速度、高密度和非揮發(fā)性的新型高性能存儲器的需求越發(fā)強烈。目前使用的閃存已經(jīng)接近物理和技術極限,下一代新型存儲器有鐵電存儲器、磁存儲器、相變存儲器和阻變存儲器等。其中,鐵電存儲器已經(jīng)有商業(yè)應用,但破壞性讀出、存儲密度難以大幅度提高使其難以大規(guī)模量產(chǎn)。作為非揮發(fā)存儲器的重要候選者-阻變存儲器,電阻存儲所需面積較小而容易實現(xiàn)超高密度存儲,并且具有低功耗、高速和非破壞性讀出等優(yōu)勢。但是,一般金屬氧化物阻變現(xiàn)象的兩種主要微觀機制中都牽涉到材料的缺陷運動和化學變化,這將引起可靠性如數(shù)據(jù)保持和疲勞的問題。近年來,研究人員發(fā)現(xiàn)鐵電極化翻轉也伴隨有高低電導的變化,這種基于極化翻轉的鐵電阻變效應尤其受人青睞,因為極化翻轉不會導致化學變化,并且小電壓下的電阻讀出具有非破壞性而無需恢復電路和降低了能耗,具有超高開關速度和高開關比,容易實現(xiàn)高密度存儲,有望成為下一代非揮發(fā)存儲材料。我們采用濺射技術和激光脈沖沉積技術在摻雜濃度0.7%wt的單晶Nb:SrTiO_3襯底上成功制作出了Au/Nb:SrTiO_3/In和Au/BaTiO_3/Nb:SrTiO_3/In器件,并通過X射線衍射儀,原子力顯微鏡等設備對BTO薄膜的晶體結構和表面形貌進行了初步表征,使用Keithley 2400型數(shù)字源表,阻抗分析儀Aglient 4294A,Aglient 33250函數(shù)信號發(fā)生器,示波器等儀器對器件的電學性質(zhì)進行了表征,發(fā)現(xiàn)在兩種器件中有很多有趣的現(xiàn)象,例如都具有大的開/關比、雙極電阻開關和連續(xù)可調(diào)的電阻狀態(tài)等,我們著重對其中的不對稱電阻現(xiàn)象進行了研究和分析。一般來說,基于電子作用的電阻轉換應該比基于離子作用~([14])的要快得多。在特定的設備上,設置的速度(高阻態(tài)到低阻態(tài)轉換)和復位速度(低電阻狀態(tài)到高阻狀態(tài)轉換)的操作是類似的。然而,在我們的Au/Nb:SrTiO_3異質(zhì)結中發(fā)現(xiàn)了不對稱電阻開關效應,設置和復位時間分別為10 ns(+5 V)和100μs(-5 V)。于是,提出了一種電子俘獲/去俘獲結合氧氣空位遷移的模型來理解電阻開關速度的差異,由于電子捕獲/去俘獲的過程比氧空位的漂移要快得多,因此所以由正偏壓產(chǎn)生的SET轉換(HRS到LRS)比負偏壓引起的RESET轉換(HRS到LRS)要快得多。而在BaTiO_3/Nb:SrTiO_3肖特基結中同樣觀察到不對稱的電阻開關效應。具體的說,是+8 V偏壓下的從高阻態(tài)到低電阻狀態(tài)的SET切換時間為10 ns,而-8 V偏壓下從低電阻狀態(tài)到高阻態(tài)的RESET開關時間為10~5 ns。由在BaTiO_3/Nb:SrTiO_3界面中的被電子和氧空位屏蔽的鐵電束縛電荷分別在正、負偏壓中起著重要的作用。電子的屏蔽進程比氧空位的快得多,因此由正偏壓引起的SET轉換(HRS到LRS)比由負偏壓引起的RESET(LRS到HRS)轉換快得多。此外,這種開關具有快速的SET轉換和慢的RESET轉換,在某些特殊的區(qū)域可能有潛在的應用。
【圖文】：

圖 2-1 阻變式存儲器的交叉結構興的存儲器可以在較低的溫度下制作在線后端（BEOL），這樣可件集成并在 3D 中堆疊[4]。由于所有這些原因，電阻式存儲器不常有前景，而且對計算存儲器也很有前途，，允許快速數(shù)據(jù)存取以并且計算架構模糊了存儲器和計算電路之間的區(qū)別，例如 作為非或神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡[7]。存儲器技術中，由于其良好的循環(huán)耐久性[8]，中等高速[9]，易于，RRAM 是最有前途的器件之一。 RRAM 對抗 PCM 和 STTRA其結構簡單，只是在兩層或多層金屬層之間插入絕緣層。此外， 中的電流消耗非常低，而 PCM 和 STTRAM 中的編程電流與器味著其幾乎不能降至 10 μA 以下。鑒于這種強大的潛力，與 D電容器（1T1C）結構類似，已經(jīng)提出了使用單晶體管/單電阻器模（> 1GB）RRAM 原型，和 crossbar 體系結構[11]。RRAM 還被

少兩個不同的電阻狀態(tài)之間進行電切換之前，通常需要初始的電鑄循環(huán)。 圖 2-2（a）示出了雙極 RRAM 單元在（例如三角或正弦）電壓激勵時的電流響應的實例，示出了在原點處被鉗位的典型滯后 I-V 環(huán)。 圖 2-2（b）顯示了相應的 R-V 曲線。圖 2-2（a）RRAM 單元激勵電流對電壓的響應的示意圖（b）I-V 曲線被轉換為電電壓（R-V）曲線中產(chǎn)生兩個獨特的電阻狀態(tài)是電阻式存儲器（RRAM）的基本特性，即高電阻狀態(tài)（HRS）和低電阻狀態(tài)（LRS），可通過向電池施加電流或擬合電壓從一個切換到另一個�；� RRAM 的非易失性存儲器（NVM）的性能得到了 HRS 和 LRS 之間電氣支配的電阻開關（RS）的認可。RS 行為可以簡單地分為兩種類型：單極性和雙極性，分別表示不同的電流 - 電壓（I-V）出現(xiàn)，分別如圖 2-3（a，b）所示[22]。
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP333;TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：2673854