多铁性铁酸铋薄膜的变温阻变存储特征研究

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作为下一代非挥发性存储器中的代表,阻变存储器(RRAM)因其具有高密度,低功耗,快读写速度,与传统CMOS工艺兼容等优点而引起人们的广泛关注。最近,一系列基于铁酸铋(BiFeO3)薄膜的阻变现象被报道,这为我们提供了一个利用BiFeO3铁电极化来调控阻变特征的新思路。由于铁电阻变具有可靠性高、无需较高的Forming电压以及低能耗等优势,引起了关注。然而当前,对于BiFeO3薄膜的铁电极化和阻变现象的关系缺乏更加详细全面的研究,尤其是变化温度下铁电与阻变关系,还需要更进一步的系统研究。  在本研究课题中,通过脉冲激光沉积法制备了Au/BiFeO3/SrRuO3三明治结构,搭建了基于LabVIEW的变温阻变、铁电及介电综合测量系统,研究了不同温度下器件双极型阻变现象与BiFeO3薄膜的铁电极化反转的关系。主要结果如下:  1)常温下不同电压下的电流-电压(I-V)与极化强度-电压(P-V)曲线,高、低阻态下的I-V曲线表明:常温下BiFeO3薄膜的铁电极化通过对BiFeO3/SrRuO3与Au/BiFeO3界面处肖特基势垒的调节,使Au/BiFeO3/SrRuO3结构出现可调制双向二极管效应,从而产生较大阻变效应。常温下的保持时间和耐久性测试也说明了器件具有可靠的阻变性能。  2)由不同温度下的I-V与P-V曲线、不同温度点不同电压扫描速率下的I-V曲线及剩余极化强度(Pr)和高低电阻比(RH/RL)随温度的变化曲线可知:当温度低于323K时,BiFeO3薄膜的铁电极化反转对Au/BiFeO3、BiFeO3/SrRuO3界面处势垒的变化以及高低电阻比随着温度降低而减小,是BiFeO3薄膜的铁电极化反转调节器件高、低阻态的有力证据。  3)另一方面,当温度高于323K时,Au/BiFeO3/SrRuO3结构的高低电阻比随着温度升高而减小,这说明高温下氧空位的迁移以及电荷的捕获与释放理论对器件的阻变现象也做出重要贡献。
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