含银硫系化合物忆阻器的热特性及其阻变机理研究

摘要

忆阻器具有结构简单、非易失性、开关速度快、能耗低、与现有CMOS工艺兼容等优点，在高密度存储、非线性电路、模拟神经网络、实现计算与存储融合等方面具有广泛前景，是国内外关于新原理信息器件方向研究的热点。清晰的阻变的机制是提升器件性能和促进忆阻器实用化的关键，研究忆阻器的热特性对器件阻变机制分析和器件失效分析都具有重要的意义，是器件阻变机理和器件热稳定性分析的重要手段。此外，忆阻器的多值阻变对于高密度存储、非线性电路应用、模拟神经突触功能等方面必将大放异彩，成为当前忆阻器研究的热点。因此，开展忆阻器的高速、多值阻变特性以及热特性研究对于忆阻器的多功能应用具有重要意义。
　　本文针对目前忆阻器研究的关键科学问题，采用两类典型的掺银硫系化合物忆阻器材料：AgGeTe和AgInSbTe，研究了这两类材料制备的忆阻器件的多值特性、脉冲切换特性和温度特性，并讨论了这两种忆阻器件的忆阻机制，具体如下。
　　通过磁控溅射和光刻工艺制备了Ag/AgGeTe/Ta和Ag/AgInSbTe/Ta两种忆阻器件，利用直流I-V扫描，高速脉冲激励等测试方案，发现可以通过调节AgGeTe器件单元的限制电流来调控忆阻器件的阻态，器件具有较好的多值特性，高低阻值比可达到254:1，器件在室温下能稳定保持1800s以上。该器件还能通过施加不同幅值的20ns脉冲来调控忆阻器的阻态，在多次循环切换后仍具有较好的脉冲响应特性，通过材料、电学性能和热学性能分析，阐明了导电丝机理和电子跃迁机理的耦合导致器件的多值阻变特性。Ag/AgInSbTe/Ta结构的忆阻器件通过直流扫描等手段发现其具有双极阻变特性，SET与RESET电压小（-0.5V～0.5V），功耗低，可通过改变外加电压的大小来实现器件的渐变调控，构建了基于空间电荷限制导电机制和导电丝导电机制共同作用的导电模型。
　　本文还分析了不同温度下的Ag/AgGeTe/Ta与Ag/AgInSbTe/Ta器件的忆阻行为变化趋势，发现两种忆阻器在升温的情况下均有不同程度的阻值变化，高阻态相对较稳定，低阻态波动幅度更大，其中AgInSbTe在超过110℃后出现热失效现象，AgGeTe忆阻器在变温环境下的阻态相对更稳定，工作温度范围更广，器件表现要优于AgInSbTe忆阻器。

目录

声明

1 绪论

1.1引言

1.2忆阻器简介

1.3 忆阻器的研究现状

1.4 常见忆阻机制介绍

1.5忆阻器温度特性研究意义

1.6 论文的主要内容和结构安排

2 硫系化合物忆阻器制备工艺及测试系统研究

2.1引言

2.2银掺杂硫系化合物忆阻器制备工艺研究

2.3忆阻器测试系统

2.4忆阻器温度特性测试要点

2.5 小结

3 硫系化合物忆阻器的忆阻特性研究

3.1非晶态AgGeTe材料特性研究

3.2 Ag/AgGeTe/Ta忆阻器的忆阻特性研究

3.3 Ag/AgGeTe/Ta忆阻器的阻变机理研究

3.4非晶态AgInSbTe材料特性研究

3.5 Ag/AIST/Ta忆阻器的忆阻特性研究

3.6 Ag/AIST/Ta忆阻器的阻变机理研究

3.7 小结

4 硫系化合物忆阻器的温度特性研究

4.1Ag/AgGeTe/Ta器件的温度特性研究

4.2Ag/AIST/Ta忆阻器的温度特性研究

4.3小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间学术成果