ZnO/BiFeO3双层膜电阻开关特性的研究

摘要

伴随着电子信息技术产业化的飞速发展，人们对存储器的性能提出了更高的要求。对器材小型化，高密度，快读写，长寿命的需求不断驱动着科技创新。而非易失性存储器（NVM）器材以其优异的性能，越来越受到广大拥护和科研人员的青睐。作为常用的NVM器件，硅基flash存储器虽然有着广泛的应用。然而相对寿命短、读写速率慢等瓶颈极大地制约了其应用前景。作为替代，出现了很多全新的NVM器件，其中包括铁电随机存储器（FeRAM）、相变随机存储器（PRAM）、阻变随机存储器（RRAM）等。在这些新型的存储器中，阻变随机存储器(RRAM)以其优越存储性能受到越来越多科研人员的关注，被认为是最有可能替代传统存储器的新型存储器。
　　而铁酸铋BiFeO3(BFO)是一类具有代表性的单相多铁性材料。作为一种在室温下兼有铁电性与反铁磁性的钙钛矿结构材料，它独有的特性促使它在非易失性存储器等领域有着广阔的应用前景。然而其较大的漏电流限制了它的应用。添加合适的过度层，构造多层膜结构可以减少BFO薄膜的漏电流。而ZnO作为一类常见的半导体，在光电、压电等很多方面拥有突出的特性，可以作为合适缓冲层。本文将他们结合起来，探究ZnO/BFO双层膜的阻变特性，概述如下：
　　1首先介绍了ZnO和BFO的基本性质及其研究进展，随后介绍电阻开关效应方面的基础知识，包括开关的分类，传导机制的解释等。
　　2简要介绍了常见的制备薄膜的方法及其原理特点，主要包括物理气象沉积和化学气相沉积两类。重点介绍了磁控溅射方面的知识，及一些表征样品的方法。
　　3简述了实验过程，包括利用真空磁控溅射制备样品，并进行不同温度退火，利用XRD研究样品的晶体结构，结果表明样品有很好的结晶。
　　4详细探究了样品的电阻开关性能，包括稳定性，高低阻比等。并对比了不同光照强度对其特性的影响，
　　5对其电阻开关效应机理进行了解释。
　　研究结果表明ZnO/BiFeO3样品有一定的电阻开关效应，并且光能对其进行调控，加光后电流有显著的增加，电阻开关效应也得到相应的增强，设置电压也相应的减小。高低阻比也相应增大。样品有一定的稳定性，在多圈测试中没有明显衰退。最后利用曲线拟合分析电流的传导机制，分析得出电阻开关的主要来源是BFO层的极化反转导致界面势垒发生了改变。

目录

声明

第1章 绪论

1.1新型非挥发性存储器简介

1.1.1铁电储存器(FeRAM)

1.1.2相变存储器(PRAM)

1.1.3阻变存储器(RRAM)

1.2电阻开关效应

1.2.1电阻开关的分类

1.2.2电阻开关的材料

1.2.3电阻开关的电流传导机制

1.2.4电阻开关的产生机制

1.3铁酸铋的基本性质

1.3.1铁酸铋的结构

1.3.2铁酸铋的多铁性

1.3.3铁酸铋的光电性质

1.4氧化锌的基本性质

1.4.1 氧化锌的结构

1.4.2 氧化锌的物理特性

1.5本课题的研究意义和内容

第2章 纳米薄膜制备及表征

2.1纳米薄膜的制备

2.1.1磁控溅射

2.1.2脉冲激光沉积

2.1.3 分子束外延

2.1.4化学气相沉积

2.1.5溶胶-凝胶法

2.2 薄膜样品的表征技术

2.2.1 薄膜厚度的测量

2.2.2 薄膜表面形貌的表征

2.2.3薄膜成份的测定

2.2.4薄膜结构的测定

第3章 ZnO/BFO双层膜的电阻开关特性

3.1 ZnO/BFO样品的制备

3.2 ZnO/BFO样品的表征

3.3 ZnO/BFO样品的阻变特性

3.3.1退火温度对I-V特性的影响

3.3.2不同扫描电压下的I-V特性

3.3.3样品的电阻开关效应

3.3.4电阻开关效应的稳定性

3.3.5光照对电阻开关的影响

3.3.6机制解释

第4章 结论

参考文献

硕士期间论文发表情况

致谢