Pr0.7Sr0.3MnO3薄膜的室温电阻开关特性

摘要

存储器件是今天信息产业的前提。随着器件尺寸的越来越小，低于100nm，电子器件的微型化是半导体行业面临的挑战。为了克服基于电荷存储的传统半导体存储器件的限制，各种新型的的非易失性存储器件(NVM)如雨后春笋般涌现，其中包括磁随机存取存储器(MRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)及电阻随机存储器(RRAM)。在这些存储器件中，RRAM，因为其简单的组成结构、低能耗、高的转换速率及高密度集成，越来越吸引人的注意力，被认为是下一代通用存储器的强大候选之一。某些材料室温下具有开关存储的性能更为符合能源节省的议题。在众多绝缘或半导体材料，如过渡金属氧化物、硫族材料及有机物质中都存在这种现象。然而，至今RRAM的物理机制问题仍然模糊不清。对于同一种材料，其开关现象有很大差别。其机制的模糊不清成为RRAM应用也实际的最大的阻碍。为了更好的理解开关的变化发生的位置及怎样发生的，本论文围绕Pr0．7Sr0．3MnO3的室温下的电阻开关做了研究。通过改变薄膜的制备技术和实验条件，以求达到更好的结果，主要如下：
　　 利用电化学工作站对Au/Pr0．7Sr0．3MnO3(PSMO)/Pt三明治结构的电流—电压特性进行了研究，发现该结构在室温、合适的制备条件下具有明显的可重复性、非线性、非对称性的开关回线。实验表明，PSMO薄膜的开关性质可以通过后退火过程来提高。随着后退火温度的增加，开关磁滞回线减弱。这个存储器件在较低电压下(<1 V)就表现处很好的电阻开关性质，是潜在的低电压情况下的存储。在低阻态状态下，其开关机制遵循欧姆行为，而在高阻态，空间电荷限制电流(SCLC)起着主要的作用。这种I—V特性归因于Au/PSMO界面处的包括高密度缺陷的界面态，这些界面态可作为电荷的捕获中心来影响其开关性质。
　　 以SnO2：F(FTO)为衬底，用脉冲激光沉积(PLD)和直流溅射仪技术制备了具有Au/Pr0．7Sr0．3MnO3(PSMO)/FTO三明治结构器件。X射线衍射分析表明PSMO薄膜呈非晶态。利用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观测薄膜的形貌。采用X射线光电子能谱(XPS)对其元素组成做了详细的说明。利用keithely2400参数测试仪对其进行电学测试，结果表明在低电压范围内，开关回线只在负电压区域呈现，正电压区域几乎没有发现开关回线。随着电压的增加，在整个电压扫描过程中出现非对称、非线性的开关回线，并且I—V曲线交叉了两次，分别在“0 V”“—1 V”左右。经过对其1—V回线的拟合，得到I—V特性受Poole—Frenkel(P—F)和Ohmic输运机制控制。我们认为包含高密度缺陷的界面态对载流了的俘获与去俘获导致了I—V特性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 RRAM的特点

1.3 RRAM的研究现状

1.3.1 体效应模型

1.3.2 界面效应模型

1.3.3 导电畴隧穿模型

1.4 RRAM研究的不足之处

1.5 本论文的意义和内容

参考文献

第二章 Au/Pr0.7Sr0.3MnO3/Pt三明治结构的电阻开关特性

2.1 前言

2.2 实验过程

2.2.1 PSMO靶材的制备

2.2.2 PSMO薄膜及三明治结构的制备

2.2.3 PSMO薄膜样品的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 PSMO薄膜的XRD和拉曼分析

2.3.2 PSMO薄膜的SEM、AFM分析

2.3.3 PSMO薄膜的电阻开关特性分析

2.4 保持性测试

2.5 本章小结

参考文献

第三章 非晶Pr0.7Sr0.3MnO3薄膜的电阻开关性质

3.1 前言

3.2 实验过程

3.2.1 PSMO薄膜的制备

3.2.2 PSMO薄膜的表征

3.2 结果与讨论

3.3.1 PSMO薄膜的XRD分析

3.3.2 PSMO薄膜的SEM和AFM分析

3.3.3 PSMO薄膜的XPS

3.3.4 PSMO薄膜的电阻开关特性分析

3.4 本章小结

参考文献

第四章 结论与展望

攻读硕士期间完成的论文

致谢