Ag-Ti合金电极和LSMO功能层对Metal/Pr0.7Ca0.3MnO3/Pt异质结电致电阻转变特性的影响

摘要

随着信息科技的飞速发展,存储器得到广泛的应用,高速度与大容量的永久记忆存储器的研制与开发是推动数字技术快速发展的必要条件。电阻式随机存储器凭借其结构简单、读／写快速、低功耗、与CMOS工艺兼容等优点,有着广泛的应用前景,已成为材料学,物理学和电子学研究领域的热点。目前,RRAM的研究主要面临两个方面的难题有待解决。首先,电阻转变的物理机制仍不明确,其次RRAM器件的稳定性,均匀性和疲劳特性等阻变性能与实际应用还有很大差距。
　　 本文围绕这两个问题,对Metal／Pr0.3Ca0.7MnO3／Pt(NI／PCMO／Pf)异质结在电场和电脉冲诱发条件下电阻转变特性进行深入的研究。主要研究结果如下:
　　 1.通过磁控溅射、PLD和喷涂仪方式制备Ag电极,分别对这三种方式得到的Ag／PCMO／Pt异质结阻变特性进行研究。实验结果给出采用不同方法得到的样品展现出不同的阻变特性。磁控制作电极的样品得到低的转变电压,高的电阻转变率,但样品均匀性很差,样品成品率低。PLD制作电极的样品难出现电阻转变特性。空气喷涂制作电极的样品成品率高,均匀性较好,但是疲劳特性差,电极不牢固不适合生产应用。实验给出单纯通过改变电极制作方式难于得到理想的RRAM器件,同时实验进一步为阻变发生在电极与薄膜接触界面这一观点提供证据。
　　 2.研究合金电极对异质结阻变特性的影响。采用磁控溅射分别制得Ag—Ti(Alloy)／PCMO／Pt,Ag／PCMO／Pt,Ti／PCMO／Pt异质结,通过控制电极材料结构和组分,调节M／PCMO界面结构,显著改善了器件的稳定性、均匀性和疲劳性,同时很大程度提高了器件的成品率。研究表明,Ag—Ti(Alloy)／PCMO／Pt异质结有着与Ag(paste)／PCMO／Pt异质结相似的负向双极性电阻转变特性(Negative Bipolar Resistance Switching,NBRS)。合金与薄膜接触界面形成缺陷状态,在外电场的作用下使薄膜中的氧离子发生移动填充／逃离空位陷井,电流传导由空间电荷限制电流(SCLC)机制所控制。
　　 3.采用脉冲激光沉积系统制备Ti／PCMO／LSMO／Pt异质结,LSMO功能插层的引入克服了PCMO与底电极Pt直接接触而形成界面缺陷这一弊端,同时在电阻转变过程中LSMO功能层起到了氧离子的储蓄库的作用,从而改善了器件的电阻转变比率和电阻转变的疲劳性。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.2 非易失性存储器的种类与特点

1.3 电阻式随机存储器(RRAM)简介

1.4 RRAM电阻转变机制研究进展

1.4.1 导电细丝路径的形成于断裂的机制

1.4.2 电荷注入引起金属-绝缘体转变的机制

1.4.3 电荷注入导致肖特基势垒改变机制

1.4.4 电子捕获诱发的电阻转变机制

1.4.5 场致氧离子电化学迁移机制

1.5 本文研究意义和内容

2 ,薄膜样品制备方法与表征

2.1 脉冲激光沉积(PLD)技术的优点

2.2 PLD制备Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)薄膜

2.2.1 靶材的烧制

2.2.2 薄膜沉积

2.3 PCMO薄膜相结构及电阻转变性能表征

2.3.1 相结构分析

2.3.2 PCMO薄膜电阻转变性能表征

3 不同方法制作Ag顶电极的Ag/PCMO异质结的阻变特性

3.1 Ag/PCMO/Pt异质结Ⅰ-Ⅴ特性曲线的比较与载流子输运机制

3.2 不同方法制作电极得到的Ag/PCMO/Pt异质结的阻态保持性以及疲劳性的比较

3.3 小结

4 Ag-Ti 合金电极的M/PCMO/Pt异质结阻变的研究

4.1 Ag-Ti(alloy)/PCMO/Pt薄膜异质结的制备

4.2 Ag-Ti(alloy)/PCMO/Pt异质结的Ⅰ-Ⅴ特性以及阻变机制的研究

4.2.1 不同金属顶电极的Ⅰ-Ⅴ特性曲线比较

4.2.2 Ag-Ti(alloy)/PCMO/Pt异质结的阻变机理的研究

4.3 不同金属项电极样品阻变的疲劳特性以及保持特性的分析

4.3.1 M/PCMO/Pt异质结阻变的疲劳特性

4.3.2 M/PCMO/Pt异质结阻变的保持特性

4.4 小结

5 La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)功能插层对阻变的影响

5.1 有无插层的样品Ⅰ-Ⅴ特征曲线

5.2 Ti/PCMO/LSMO/Pt与Ti/PCMO/Pt异质结电致电阻疲劳特性的比较

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 论文总结

6.2 论文创新点

6.3 展望与进一步研究计划

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果清单