基于金属氧化物的物理瞬态阻变存储器件研究

摘要

物理瞬态电子器件可以有效解决废弃的电子产品对自然环境的污染问题，同时也可以应用于可植入的医疗电子设备。在新型存储器件中，阻变存储器具有结构简单、速度快、功耗低、可缩小性好等优势，是未来高密度存储技术的有力候选者之一。因此，物理瞬态阻变存储器是实现高密度、大容量、绿色以及可植入式存储技术的最有效路径。本文针对尚缺乏研究的物理瞬态阻变存储技术，从材料选择，器件制备，降解过程控制出发，探索在新型可降解衬底上制备阻变器件的工艺，为实现物理瞬态阻变存储器件实用化奠定基础。
　　实验中采用磁控溅射技术制备了基于MgO与ZnO的阻变存储器件，并对制备的阻变存储器件进行电学测试。针对阻变存储器件的电流电压特性、耐受性、均一性、数据保持特性进行了表征，并针对阻变器件存储机理、导电机制进行研究。针对制备的阻变器件进行了可降解性能研究，实验中首先研究了阻变电极材料与阻变介质层材料的可降解特性，接着针对基于蚕丝蛋白衬底的阻变存储器件进行了可降解试验。
　　针对制备的Mg/MgO/Mg阻变器件的电学测试结果表明：器件初始开启无需Forming过程。160次耐受性测试性能保持良好，同时发现器件均一性与数据保持特性良好。器件在低阻态时为欧姆导电机制，在高阻态时为空间电荷限制电流导电机制。针对Mg与MgO薄膜的瞬态特性测试表明材料具有较快的降解速率，基于蚕丝蛋白衬底的Mg/MgO/Mg器件的瞬态特性测试发现器件在37oC去离子水中30min后器件基本降解完毕。
　　针对制备的基于ZnO阻变存储器件，测试发现器件无需Forming过程且具有自限流特性。在W/ZnO/Mg器件中，140次耐受性测试性能无明显退化，阻变窗口约为104，均一性与数据保持特性良好。器件在低阻态时为欧姆导电机制，在高阻态时为空间电荷限制电流导电机制。在Mg/ZnO/Mg器件中，阻变窗口超过10，符合存储要求。器件低阻态为欧姆导电机制，高阻态下为肖特基发射机制。针对Mg、W与ZnO薄膜的瞬态特性测试表明材料具有可降解特性。基于蚕丝蛋白衬底的W/ZnO/Mg器件的瞬态特性测试发现器件在室温下去离子水中15min左右时，器件基本解体。在磷酸盐缓冲液中器件在30s左右开始破裂，5min后器件基本解体。
　　本文所研究的基于MgO与ZnO基阻变存储器件具有良好的阻变特性且在去离子水与磷酸盐缓冲液中具有快速降解的能力，这表明其在将物理瞬态存储器件领域具有良好的应用前景。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 瞬态器件简介

1.3 新型存储器件简介

1.4 论文的难点与主要工作

第二章 阻变存储器概述

2.1 阻变器件结构

2.2 阻变介质材料

2.3 阻变器件存储机理

2.4 阻变导电机制

2.5 本章小结

第三章 基于MgO的瞬态阻变器件

3.1 制备工艺

3.2 性能参数

3.3 电学特性

3.4 阻变机理分析

3.5 可降解性能

3.6 本章小结

第四章 基于ZnO的瞬态阻变器件

4.1 瞬态阻变器件制备流程

4.2 电学特性

4.3 阻变机理分析

4.4 可降解性能

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

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