BaTiO3/CoFeB/BaTiO3三层膜电阻开关特性的研究

摘要

随着社会的发展，人们接触到的信息越来越多，需要储存的信息当然也随之增多。而信息的储存离不开储存器，目前我们使用的主流的储存器是闪存，闪存作为一种非易失性的储存器，相比于最初的易失性储存器有着太多的优点，这为我们的日常生活带来了很大的便利，我们现在使用的手机和电脑所使用的储存器几乎都是闪存。随着人们对信息储存的要求越来越高，闪存的单个元器件的尺寸逐渐在减小，不过受限于目前制造工艺和基础理论，闪存正面临着极大的挑战，因为当其单个元器件的大小减小到量子尺度时，强烈的量子效应就会干扰信息的储存，使得储存的信息变得不稳定，在这样的一个前提下，我们就需要找到另一种新型的储存器来代替闪存，这种新型的储存器需要是非易失性的，并且还应该具有储存密度高、读写速度快、功耗低、廉价等优点，只有这样才有可能成为下一代通用储存器件。目前在磁储存器、铁电储存器、相变储存器、阻变储存器这几个候选者中，科研人员对阻变储存器抱有最大的期望，认为它最可能成为下一代通用储存器件。阻变储存器是基于电阻开关效应的一个新型储存器，电阻开关是目前物理学的研究热点之一，它是指一些材料的电阻能够在外加电压的作用下能够在不同的电阻态之间可逆的转化。本文就是在这样的基础之上研究了BaTiO3/CoFeB/BaTiO3三层膜的电阻开关特性，主要内容如下：
　　（1）简单的介绍了BaTiO3这种常见的钙钛矿型氧化物和CoFeB合金的一些基本性质，分析了几种新型随机储存器件的原理以及优缺点。
　　（2）较详细的解释了电阻开关效应，包括电阻开关的分类、电阻开关的电流传导机制、电阻开关的几种机理解释等。
　　（3）介绍了分子束外延、激光脉冲沉积、溶胶-凝胶法、水热合成法与磁控溅射这几种制膜方法，并且交代了几种薄膜表征技术和其使用仪器的基本原理
　　（4）简述了主要实验过程，并且展示了样品制备完成后的几项重要参数的表征结果
　　（5）详细的介绍了样品电阻开关测量的结果，分析了不同外界条件对样品电阻开关特性的影响，最后对样品的电阻开关效应作出了合理解释。
　　研究结果表面我们所制备的BaTiO3/CoFeB/BaTiO3三层膜中具有微弱的电阻开关效应，但是其电阻开关效应在光照条件下会得到极大的加强，样品电阻开关效应的Set电压随着外界光照强度的增加而减小，而高低组态阻值比则随着光照强度的增加而增加。样品的电阻开关特性具有良好的温定性，在光照条件下，其I-V曲线在70个完整的循环中并没有明显的衰减。I-V曲线的拟合结果表明，在低阻态时，样品中的电流传导机制为普尔-弗兰克发射机制，而高阻态时为空间电荷限流机制。分析表明样品电开关来源于CoFeB层与下BaTiO3层之间界面处电子的俘获与释放，而光照条件下样品电阻开关效应的增强则归因于光照下样品内部产生的光电子。