【摘 要】
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目前在研发中的新一代非易失性存储器主要包括铁电存储器、相变存储器、磁阻式存储器和阻变存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)。其中基于电阻开关(Resistive Switching,RS)的RRAM具有存储密度高、功耗低、存取速度快、工作寿命长和成本低等优点,引起了各界科研人员的广泛关注。研究表明多种氧化物材料都具有阻变现象,到目前为止,关于阻变机制的认识
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目前在研发中的新一代非易失性存储器主要包括铁电存储器、相变存储器、磁阻式存储器和阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）。其中基于电阻开关（Resistive Switching,RS）的RRAM具有存储密度高、功耗低、存取速度快、工作寿命长和成本低等优点,引起了各界科研人员的广泛关注。研究表明多种氧化物材料都具有阻变现象,到目前为止,关于阻变机制的认识仍存在分歧;许多器件的阻态呈现出不同的弛豫现象,阻态的稳定性对器件的存储性能至关重要,阻态随时间的弛豫会导致存储数据的丢失和逻辑运算的不稳定。这些都成为RRAM存储应用上的障碍,因此有必要研究器件的阻变性能和稳定性能,来优化RRAM的存储性能。NiO和Nb:Sr Ti O3（NSTO）是具有代表性的电阻开关材料,本论文基于这两种材料,制备了NiO/NSTO、NiO/Pt和Pt/NSTO几种结构的器件。通过对其RS性能和阻态保持性能的详细研究,揭示了非易失性电阻开关器件阻态弛豫现象的物理起源。具体内容如下:1、探究基于NiO薄膜的非易失性存储器的阻态弛豫性能。采用脉冲激光沉积技术在Pt和0.7 wt%NSTO（100）单晶衬底上生长NiO薄膜。研究表明Pt/NiO/Pt和Pt/NiO/NSTO/In器件分别呈现单极和双极的RS行为,单极和双极RS分别由细丝型和界面型主导。电阻的保持性能表明这两种不同类型的RS分别呈现出不同的电阻变化:对细丝型Pt/NiO/Pt器件,高低阻态都具有稳定的保持性能,在2000 s左右阻值没有发现明显的变化,该现象说明导电丝一旦形成就很稳定;而对界面型Pt/NiO/NSTO/In器件,通过改变负和正写电压大小得到的多级阻态分别呈现出下降和上升趋势的弛豫现象。有趣的是,我们从弛豫现象中可以清晰的看到两个明显特征:弛豫的方向和写电压的极性有关;多级阻态弛豫后会趋于稳定,写电压足够大时稳定的阻态才会改变。综合测试结果并借助理论分析得出如下结论:电阻弛豫归因于电荷迁移,电阻的非易失性归因于界面态电子俘获/去俘获。2、不同浓度Nb掺杂对Pt/NSTO/In器件的阻态弛豫性能的影响。上述工作得出界面型RS的电阻非易失性和电阻弛豫分别由界面态电子俘获/去俘获和电荷迁移引起的。研究表明不同浓度的Nb掺杂会影响Pt/NSTO界面态密度和势垒高度,本工作我们选用0.05 wt%和0.7 wt%NSTO单晶作为研究对象,以调控界面态密度和势垒高度的大小,从而探究它们对阻态弛豫性能的影响。对Pt/0.7 wt%NSTO/In和Pt/0.05 wt%NSTO/In两种器件的电学性能的研究表明:阻变现象是由于界面势垒高度的变化引起的;改变负和正写电压得到的多级阻态都有弛豫现象;在初始的保持时间内,多级阻态分别呈现出下降和上升趋势的弛豫现象,然而随着保持时间的增加,Pt/0.7 wt%NSTO/In器件的多级阻态会趋于稳定,Pt/0.05 wt%NSTO/In器件的多级阻态呈现上升趋势的弛豫现象。C-V测试表明Pt/0.7 wt%NSTO和Pt/0.05 wt%NSTO的界面态密度分别为3.48×1013 e V-1cm-2和2.11×1013 e V-1cm-2;肖特基拟合表明Pt/0.7 wt%NSTO和Pt/0.05 wt%NSTO在高阻态时的界面势垒高度分别为0.72 e V和0.66 e V,低阻态时的界面势垒高度分别为0.53e V和0.48 e V。综上我们得出如下结论:在初始的保持时间内,相反的阻态弛豫方向是由电荷迁移引起的;随着保持时间的增加,Pt/0.7 wt%NSTO/In器件阻态趋于稳定表明比较大的界面态密度和势垒高度有益于阻态的稳定性能。
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