论文部分内容阅读
随着摩尔定律的增速逐渐减缓,目前使用器件正在逼近其物理极限,人们对于新型存储计算材料以及架构的需求越来越紧迫。忆阻器（Memristor）由于其非易失性的存储特性、高的开关比及结构简单等优势得到了广泛关注,其中最为关键的功能结构介电层的材料已经得到了广泛的研究。通常许多忆阻器器件结构中存在由氧化物构成的底电极或顶电极,而一般则只考虑其与介电材料的晶格匹配度和其自身的导电性,对于氧化物薄膜电极性质对于器件带来影响的研究工作则较少。在本研究中,基于钙钛矿结构中的稀土元素镍酸盐的诸多优良物理性质,利用脉冲激光沉积（pulsed laser deposition,PLD）在铝酸镧（La Al O3,LAO）衬底上生长了不同的镍酸钕（Nd Ni O3,NNO）与镍酸钐（Sm Ni O3,SNO）薄膜,探究了其生长工艺和结晶性,对其导电性和微观结构的影响。研究表明NNO和SNO都具有明显的金属-绝缘体相变特性。同时NNO具有较低的相变温度,以镍过量SNO靶材制备的SNO薄膜的结晶性较差,而以化学计量比SNO靶材制备的SNO薄膜由于具有较好的性能是制作忆阻器的合适底电极材料。之后再在SNO薄膜上生长钛酸钡（Ba Ti O3,BTO）薄膜构成异质结构制成忆阻器,在制备的器件中发现了不寻常的两种阻变现象的共存,并对其三种电阻状态下的物理机制进行了探究,最后成功对该BTO/SNO异质结的忆阻器在仿生物大脑中突触的性能进行了模拟。本论文分为六章:第一章主要介绍本研究的研究背景,以及相关研究方面的最新进展。首先对钙钛矿结构和其中的电子性质以及金属-绝缘体相变的理论进行介绍,之后对稀土元素镍酸盐的性质进行简单的介绍,最后对本研究中所涉及的NNO与SNO的相关研究进展进行介绍。第二章主要介绍本研究中所使用的仪器设备,以及表征测试的基本方法和相关理论。第三、四、五章为本论文的实验和分析部分。第三章研究了NNO薄膜的生长条件和电阻率与温度的变化关系。第四章研究了SNO薄膜的生长条件,对SNO薄膜进行了微观结构表征,并对不同靶材制备的SNO薄膜进行了比较。第五章以SNO作为底电极制备了BTO/SNO异质结的忆阻器,并在其中发现了不寻常的阻变特性,最终应用于仿生物大脑中突触功能的实现。第六章为对本研究的总结与展望,总结了实验结果并对进一步的研究进行了展望。