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由于现代科技的发展,人们对存储提出了更高的要求。这迫切需要在存储器材料和技术方面取得新的突破。在新型存储器中,阻变存储器(RRAM)由于其优越的性能而受到越来越多的关注,被认为是极有可能替代静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)、闪存、硬盘驱动器(HDD),成为下一代“通用”存储器的强有力候选者之一。
但是人们对RRAM阻变机制的认识仍然存在很大分歧,没有统一的理论解释。由于可充当氧化层和电极层的材料繁多,而且氧化物本身的不确定参数很多,如原子结构缺陷、氧空位、本征不均匀性等,这些都使得人们很难从理论和实验的去解释电阻转变的本质。为此人们提出了很多模型来解释电阻转变背后的物理机制,但仍存在争议。这己成为制约RRAM存储实用化的主要障碍。
本文工作着重在具有原子级平整台阶表面的1wt%掺铌钛酸锶上开展。主要利用扫描隧道显微镜(STM)和扫描隧道谱(STS)研究了掺铌钛酸锶表面的电阻转变行为。这对进一步了解阻变机制有一定的指导意义。获得了如下主要成果:
(1)通过HF酸缓冲溶液刻蚀和高温退火的方法可以简单获得原子级平整的掺铌钛酸锶表面。
(2)在掺铌钛酸锶(NSTO)的Ⅰ-Ⅴ曲线上发现有明显回滞。在针尖与样品间正偏压(电流)足够大时,可触发NSTO电阻从低阻态转变为高阻态,当负偏压(电流)足够大时,可触发NSTO电阻从高阻态转变为低阻态。
(3)利用STM扫描,我们在室温下可以通过改变隧穿电流在NSTO表面上实现高、低电阻态的操控从而实现电阻信息的空间储存。人们几乎很少利用STM来研究阻变现象,特别是室温下的阻变STM研究,这属于首创性工作。相比于原子力显微镜(AFM),利用STM可以排除电极影响,同时利用STM探针可以实现更小范围的改写。目前,可以实现最小电阻储存单元达到10-20nm。
(4)通过对NSTO表面高、低阻态的STS谱分析,发现氧空位迁移是导致NSTO样品STS谱变化和电阻态改变的主要原因。