YFe0.5Cr0.5O3-X非晶薄膜电致阻变特性的研究

摘要

阻变是指经过外加电压的调控可以在高阻态和低阻态重复转变现象，已经在很多金属/阻变介质/金属结构中观察到，这种阻变特性可以用来制作阻变式随机存储器(RRAM)，RRAM这几年来被广泛研究，因其具有低消耗，存储速度快，存储密度高等特点被认为是最有潜力的下一代新型非易性存储器。此外，研究表明在金属电极和阻变介质层之间真正的电阻转变区间只有纳米尺度，可以制备尺寸更小的存储器件。至今为止已经有很多材料被证明有阻变特性，如过渡金属氧化物、铁电薄膜、双钙钛矿氧化物等等。也提出了很多模型用来解释阻变效应，比如导电细丝模型，肖脱基势垒模型以及空间电荷限制电流模型，在这些模型中有一个共同点就是都认为氧空位在氧化物的阻变中起着重要作用，导电细丝的形成和通断分别对应着氧空位在电压作用下的连接和断裂。
　　最近，有研究表明基于非晶薄膜的阻变存储器有着较大的开关比和良好的耐久性，这利于提高未来非易失性存储器的性能。与晶体结构的材料相比，非晶样品的结构在原子尺度上更加均匀，这有利于离子在介质内的迁移，提高存储器的稳定性。然而为了在生产过程中避免材料结晶化，就需要严格保证能在较低的温度下生产器件，如果材料的结晶温度很高就会更有利于阻变器件的制备和应用。
　　YFe0.5Cr0.5O3(YFCO)是一种斜方晶结构的双钙钛矿氧化物，Fe和Cr离子随机占据着B位，它有很高的结晶温度。但是因为YFCO很难合成，现在关于它的报道还很少。在本文中我们第一次讨论了不同氧分压下制备的YFCO薄膜的阻变特性。主要研究了氧空位在YFe0.5Cr0.5O3-x(a-YFCO)非晶薄膜双极性阻变特性中的作用，通过控制制备过程中的氧分压大小来调控a-YFCO薄膜中的氧空位浓度。发现在a-YFCO薄膜中氧空位浓度越高，阻变性能越明显，我们认为这种阻变现象的物理机制是氧空位在电场作用下形成的导电细丝的形成和断裂，同时还探究了基于a-YFCO薄膜阻变存储器器件性能的稳定性，证明了基于非晶YFCO薄膜的阻变存储器有着很大的应用潜力。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 阻变随机存储器（RRAM）简介

1.3 阻变随机存储器（RRAM）的研究进展

1.4 本文的主要研究内容

第2章 YFe0.5Cr0.5O3-x多晶靶材与非晶薄膜的制备

2.1 引言

2.2 YFe0.5Cr0.5O3-x多晶靶材的制备

2.3 YFe0.5Cr0.5O3-x薄膜的制备及物相分析

2.4 本章小结

第3章 YFe0.5Cr0.5O3-x薄膜阻变特性研究

3.1 引言

3.2 SRO/YFCO/Pt阻变式随机存储器的制备

3.3 SRO/YFCO/Pt阻变式随机存储器特性研究

3.4 SRO/YFCO/Pt阻变存储器解决串扰电流的研究

3.5 Nb:SrTiO3/YFCO/Pt阻变式随机存储器特性研究

3.6 本章小结

第4章 氧空位浓度对YFe0.5Cr0.5O3-x阻变特性的影响

4.1 引言

4.2 不同氧分压下制备的YFCO阻变特性研究

4.3 氧空位浓度对YFCO阻变特性的影响

4.4 SRO/YFCO/Pt存储器的电阻转变机理

4.5 SRO/YFCO/Pt阻变存储器器件性能测试

4.6 SRO/YFCO/Pt阻变存储器的导电细丝模型

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢