【摘 要】
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近年来,电阻开关效应（Resistive switching effect）引起了人们的广泛关注。基于电阻开关效应的电阻型随机存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）被认为是未来非易失存储器的有力竞争者之一。它具有存储密度高、读写速度快、制作成本低、功耗低并可与CMOS工艺兼容等一系列优点。对电阻开关效应机制的深入研究,有利于在应用中更好的设计器件及提高性能
【基金项目】
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国家留学基金;国家重点基础研究发展规划;国家自然科学;；
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近年来,电阻开关效应（Resistive switching effect）引起了人们的广泛关注。基于电阻开关效应的电阻型随机存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）被认为是未来非易失存储器的有力竞争者之一。它具有存储密度高、读写速度快、制作成本低、功耗低并可与CMOS工艺兼容等一系列优点。对电阻开关效应机制的深入研究,有利于在应用中更好的设计器件及提高性能。当电阻开关元件被集成在交叉杆阵列结构中时,存在潜行电流问题。这会造成数据的误读,也会影响器件集成的规模。基于阈值阻变效应的选择器是可以抑制潜行电流的方法之一。NiO是最具竞争力的电阻开关材料之一,本论文选择了NiO/Nb:SrTiO3异质结作为研究对象,围绕在其中观察到的阈值阻变效应和双极性电阻开关效应分别展开了研究。主要内容如下:利用脉冲激光沉积技术在Nb:SrTiO3衬底上生长NiO薄膜。通过电流-电压曲线的测量,发现该结构仅在施加正向电压时具有阈值电阻开关效应,在施加负向电压时没有电阻状态的变化,即表现出了独特的单向阈值阻变行为。测量了初始样品的电流-电压曲线和电容-电压曲线,随后触发样品测量了阈值阻变行为对薄膜制备条件的依赖关系,阻变过程中电容的变化以及高温对电流-电压行为的影响。对数据的分析表明,单向阈值阻变行为是NiO/Nb:SrTiO3异质结中NiO与Nb:SrTiO3界面的肖特基结及NiO薄膜内部不稳定Ni导电细丝的形成/断裂效应共同作用的结果。这一工作对解决交叉杆阵列结构中的潜行电流问题具有参考价值。此外,我们还在同样构型但NiO薄膜较薄的样品中观察到了稳定的双极性电阻开关效应。通过控制负向电压的幅值得到了多个阻值的高阻状态。通过交流复阻抗谱和电流-电压行为的分析对该效应的机制进行了研究。结果表明实验观察到的双极性电阻开关效应来自于位于NiO和Nb:SrTiO3界面的陷阱对载流子的俘获和释放,而NiO薄膜对电阻变化的贡献可以忽略。该结构的导电机制为界面陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制。我们还对低阻态的弛豫行为进行了测量,结果表明弛豫指数n随温度升高而呈指数增大,间接描述了陷阱的性质。
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