【摘 要】
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随着大数据时代的到来,数据存储彰显出其重要价值。目前进一步缩小存储器尺寸,提升存储性能主要有两个方向,一是研究新型存储器件,二是对闪存（Flash）进一步研究得到更具有竞争力的器件。忆阻器属于新型存储器件,但传统氧化物忆阻器在与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容性和电阻开关可靠性上还存在一定不足,研究表明铁电忆阻器有望解决这些问题。电荷俘获存储器（Charge Trapping Memory
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随着大数据时代的到来,数据存储彰显出其重要价值。目前进一步缩小存储器尺寸,提升存储性能主要有两个方向,一是研究新型存储器件,二是对闪存（Flash）进一步研究得到更具有竞争力的器件。忆阻器属于新型存储器件,但传统氧化物忆阻器在与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容性和电阻开关可靠性上还存在一定不足,研究表明铁电忆阻器有望解决这些问题。电荷俘获存储器（Charge Trapping Memory,CTM）是由Flash技术进一步发展得到的,将高介电常数（high-K）材料应用于CTM可在缩小CTM器件尺寸的同时兼顾器件性能。钛酸钡（BaTiO3,BTO）兼具铁电性和high-K特性,与其他物质复合形成纳米复合材料或掺杂某种元素可改善其特性,制备性能更优越的器件。本文从上述两方面出发利用纳米复合材料BTO:CeO2和掺杂材料钛酸锶钡(Ba0.8Sr0.2TiO3,BST)分别制备了与CMOS工艺兼容,存储特性优良的硅基铁电忆阻器和结构工艺更简单且性能更优越的CTM。主要内容如下:一、制备结构为Pd/BTO:CeO2/La0.66Sr0.33MnO3（LSMO）/SrTiO3（STO）/Si的忆阻器。通过X射线衍射、原子力显微镜和透射电子显微镜表征了器件的生长情况和微观结构,利用压电力显微镜测试了器件的铁电特性。通过电学测试探究了器件的高低阻态和保持特性等功能,结果表明其高低阻比约为50,在10~4 s内保持特性良好。之后,对器件进行不同的脉冲刺激实现了电导调控。此外该器件在类脑神经方面成功模拟了突触的尖峰时间依赖可塑性（Spike-Timing Dependent Plasticity,STDP）和双脉冲易化（Paired Pulse Facilitation,PPF）等功能,结果表明Pd/BTO:CeO2/LSMO/STO/Si忆阻器具备成为未来非易失性存储器的潜力。二、基于BST制备了Pd/BST/LSMO/STO/Si器件,首先对BST薄膜的生长条件进行探究,设置不同氧压、温度和激光频率,通过X射线衍射、原子力显微镜和压电力显微镜表征确定了BST薄膜沉积氧压为30 Pa,温度为750℃,激光频率设置为2 Hz。制备器件后,利用电学测试证实了器件具有良好的I-V特性,保持特性和忆阻特性,器件高低阻比值超过10~3。将脉冲序列作用于器件,实现了电导调控。模拟了生物突触的PPF功能。上述研究为开发兼容CMOS工艺的新型忆阻器件奠定了基础。三、首先基于BTO制备了Pd/BTO/SiO2/Si电荷俘获存储器,并测试了该器件的C-V特性,证实了利用铁电材料BTO同时作为CTM的俘获层和阻挡层的可行性。后续为了改善器件性能,利用BTO:CeO2和BST制备了结构分别为Pd/BTO:CeO2/SiO2/Si和Pd/BST/SiO2/Si的器件并探究了C-V特性,电容保持特性,结果表明基于BTO:CeO2和BST制备的CTM器件相对于BTO来说在性能上有所提升。
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