Ti/HfO2/Pt阻变存储单元中的氧空位聚簇分布

为了研究阻变存储器导电细丝的形成位置和分布规律, 使用X射线光电子能谱研究了Ti/HfO₂/Pt阻变存储器件单元中Hf 4f的空间分布, 得到了阻变层的微结构信息. 通过I-V测试, 得到该器件单元具有典型的阻变特性; 通过针对Hf 4f的不同深度测试, 发现处于低阻态时, 随着深度的增加, Hf⁴⁺化学组分单调地减小; 而处于高阻态和未施加电压前, 该组分呈现波动分布; 通过Hf⁴⁺在高阻态和低阻态下组分含量以及电子能损失谱分析, 得到高阻态下Hf⁴⁺组分的平均含量要高于低阻态; 另外, 高阻态和低阻态下的O 1s谱随深度的演变也验证了Hf⁴⁺的变化规律. 根据实验结果, 提出了局域分布的氧空位聚簇可能是造成这一现象的原因. 空位簇间的链接和断裂决定了导电细丝的形成和消失. 由于导电细丝容易在氧空位缺陷聚簇的地方首先形成, 这一研究为导电细丝的发生位置提供了参考.     

氧分压对Ni/HfO_x/TiN阻变存储单元阻变特性的影响

采用射频磁控溅射的方法,基于不同氧分压制备的氧化铪构建了Ni/HfO_x/TiN结构阻变存储单元.研究发现,随着氧分压的增加,薄膜表面粗糙度略有降低;另一方面,阻变单元功耗降低,循环耐受性能可达10~3次,且转变电压分布的一致性得到改善.结合电流-电压曲线线性拟合结果及外加温度测试探究了器件的转变机理,得出在低阻态的传导机理为欧姆传导机理,在高阻态的传导机理为肖特基发射机理,并根据氧空位导电细丝理论,对高低阻态的阻变机理进行了详细的理论分析.     

基于Au/TiO_2/FTO结构忆阻器的开关特性与机理研究

采用简单的一步水热法在FTO导电玻璃上外延生长了锐钛矿TiO_2纳米线,制备了具有Au/TiO_2/FTO器件结构的锐钛矿TiO_2纳米线忆阻器,系统研究了器件的阻变开关特性和开关机理.结果表明,Au/TiO_2/FTO忆阻器具有非易失的双极性阻变开关特性.同时,在103s的时间内,器件在0.1 V的电阻开关比始终保持在20以上,表明器件具有良好的非易失性.此外,器件在低阻态时遵循欧姆导电特性,而在高阻态时则满足陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制,同时提出了基于氧空位导电细丝形成与断开机制的阻变开关模型.研究结果表明Au/TiO_2/FTO忆阻器将是一种很有发展潜力的下一代非易失性存储器.     

基于Cu/SiO_x/Al结构的阻变存储器多值特性及机理的研究

采用氧化硅材料构建了Cu/SiOx/Al的三明治结构阻变存储器件.用半导体参数分析仪对其阻变特性进行测量,结果表明其具有明显的阻变特性,并且通过调节限制电流,得到了四个稳定的阻态,各相邻阻态的电阻比大于10,并且具有良好的数据保持能力.在不同温度条件下对各个阻态进行电学测试及拟合,明确了不同阻态的电子传输机理不尽相同:阻态1和阻态2为欧姆传导机制,阻态3为P-F(Pool-Frenkel)发射机制,阻态4为肖特基发射机制.根据电子传输机制,建立了铜细丝导电模型并对Cu/SiOx/Al阻变存储器件各个阻态的电致阻变机制进行解释.     

下电极对ZnO薄膜电阻开关特性的影响

本文采用直流磁控溅射法在三种不同的下电极(BEs)上制备了ZnO薄膜, 获得了W/ZnO/BEs存储器结构. 研究了不同的下电极材料对器件电阻开关特性的影响. 研究结果表明, 以不同下电极所制备的器件都具有单极性电阻开关特性. 在低阻态时, ZnO薄膜的导电机理为欧姆传导, 而高阻态时薄膜的导电机理为空间电荷限制电流. 不同下电极与ZnO薄膜之间的肖特基势垒高度对电阻开关过程中的操作电压有较大的影响, 并基于导电细丝模型对不同下电极上ZnO薄膜的低阻态阻值及reset电流的变化进行了解释. 关键词： ZnO薄膜 电阻开关 下电极     

分子包埋纳米粒子薄膜阻变特性研究进展

有机分子包埋纳米粒子阻变薄膜是信息存储领域的研究热点之一,本文从器件电极、介质层结构、纳米粒子种类、阻变机理和柔性弯折等方面,综述了其近年来的研究进展.电极/分子及分子/纳米粒子界面性质对器件阻变特性影响较大,但影响规律及界面调控机理仍待探究;分子结构与纳米粒子的种类、尺度及分布可改变膜内界面性质进而影响阻变特性;器件阻变机理主要包括导电细丝、电荷俘获与释放和电荷转移三种,其中导电细丝又分金属、氧空位和碳细丝.分子包埋纳米粒子薄膜阻变研究现多停留在小规模和静态器件方面,下一步应从连续卷绕制备、纳米粒子分布精确控制和耐弯扭特性等方面深入研究,为实现大面积、低成本、高柔性阻变存储器奠定基础.     

基于HfO2的阻变存储器中Ag导电细丝方向和浓度的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了基于HfO₂的阻变存储器中Ag 导电细丝浓度以及方向性. 通过计算Ag杂质5种方向模型的分波电荷态密度等势面图、形成能、 迁移势垒和分波电荷态密度最高等势面值, 发现[-111]方向最有利于Ag导电细丝的形成, 这对器件的开启电压、形成电压和开关比有很大影响. 本文基于最佳的[-111]导电细丝方向, 设计了4 种Ag 浓度结构. 计算4种Ag浓度结构的分波电荷态密度等势面图, 得出Ag浓度低于4.00 at.% 时晶胞结构中无导电细丝形成且无阻变现象. 当Ag浓度从4.00 at.%增加到4.95 at.% 时, 晶胞结构中发现有导电细丝形成, 表明Ag浓度高于4.00 at.%时, 晶胞中可以发生阻变现象. 然而, 通过进一步对比计算这两种晶胞结构中Ag的形成能、分波电荷态密度最高等势面值、总态密度与Ag的投影态密度发现, Ag浓度越大, 导电细丝却不稳定, 并且不利于提高阻变存储器的开关比. 本文的研究结果可为改善基于HfO₂的阻变存储器的性能提供一定理论指导.     

单层密集ZnO纳米棒阻变器件的导电机制

制备了一种具有多级存储效应的密集ZnO纳米棒阵列阻变存储器件,借助I-V曲线和荧光光谱分析了器件的电流传导机制和阻变机制,发现器件在不同的电阻态下分别属于欧姆传导和空间电荷限制电流( SCLC)传导机制。正向电场作用使纳米棒表面耗尽区的氧空位V++密度增大,完善了电子传输的导电细丝通道,器件实现了由高阻态向低阻态的转变;在反向电压作用下,导电通道断裂,器件恢复到高阻态。     

基于ZnO纳米线/PMMA复合材料的柔性阻变式随机存储器

基于ZnO纳米线/有机PMMA复合材料体系制备了柔性阻变式随机存储器,由于复合材料体系的低杨氏模量及高柔性特点,该器件展示了超高的机械耐受性.器件在大角度下弯折104次以上而未见性能退化,且数据保持性良好.器件的阻变存储机制可归因于导电细丝的形成与断裂,其中ZnO纳米线表面上的缺陷在导电细丝构建中起重要作用.     

氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究

采用射频反应溅射法于室温下在Cu/Ti/SiO₂/Si基底上制备了氧化钒薄膜. X-射线衍射、X射线光电子能谱分析仪及原子力显微镜结果表明, 室温下制备的氧化钒薄膜除微弱的V₂O₅ (101)和V₂O₃ (110)峰外, 没有明显的结晶取向, 是VO₂, V₂O₅, V₂O₃及VO的混合相薄膜, 且薄膜表面颗粒大小均匀, 表面均方根粗糙度约为1 nm. 采用半导体参数分析仪对薄膜的电开关特性进行测试. 结果表明薄膜具有较低的开关电压(V_Set<1 V, V_Reset<-0.5 V), 并且具有稳定的可逆开关特性. 薄膜从低阻态转变为高阻态的电流(I_Reset)随限流的增大而增大.通过高低阻态时I-V对数曲线的拟合(高阻态斜率>1, 低阻态斜率=1), 认为Cu离子在薄膜中扩散形成的导电细丝是该体系发生电阻转变的主要机制. 关键词： 氧化钒薄膜 电阻开关 电阻式非挥发存储器 导电细丝     

Any-polar resistive switching behavior in Ti-intercalated Pt/Ti/HfO2/Ti/Pt device

The special any-polar resistive switching mode includes the coexistence and stable conversion between the unipolar and the bipolar resistive switching mode under the same compliance current. In the present work, the any-polar resistive switching mode is demonstrated when thin Ti intercalations are introduced into both sides of Pt/HfO₂/Pt RRAM device. The role of the Ti intercalations contributes to the fulfillment of the any-polar resistive switching working mechanism, which lies in the filament constructed by the oxygen vacancies and the effective storage of the oxygen ion at both sides of the electrode interface.     

SiO_x(x=1.3)薄膜的优化阻变特性与退火温度的关系探究

采用电子束蒸发技术在Si衬底上制备了亚氧化硅SiOx(x=1.3)薄膜,研究了不同温度热退火处理的SiOx薄膜作为阻变层的ITO/SiOx/Si/Al结构的阻变特性.研究发现,在电极尺寸相同的条件下,随着退火温度的增加,该结构的高低阻态比显著提高,最高可达109.X射线光电子能谱和电子顺磁共振能谱的分析表明,不同退火温度下形成的不同价态的硅悬挂键是低阻态下细丝通道的主要来源.椭偏仪的测试结果表明,经过热退火处理的SiOx薄膜折射率的增大是导致高阻态下器件电阻增大的原因.     

阻变存储器复合材料界面及电极性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对比研究了Cu（111）/HfO₂（001）,Cu（111）/HfO₂（010）,Cu（111）/HfO₂（100）三种复合材料界面模型的失配率、界面束缚能、电荷密度、电子局域函数以及差分电荷密度. 计算结果表明：Cu（111）/HfO₂（010）失配率最小,界面束缚能最大,界面体系相对最稳定;对比电荷密度及电子局域函数图显示,只有HfO₂（010）方向形成的复合材料体系出现了垂直Cu电极方向完整连通的电子通道,表明电子在此方向上具有局域性、连通性,与阻变存储器（RRAM）器件导通方向一致;差分电荷密度图显示,Cu（111）/HfO₂（010）复合材料体系界面处存在电荷密度分布重叠的现象,界面处有电子的相互转移、成键的存在;进一步计算了Cu（111）/HfO₂（010）体系距离界面不同位置的间隙Cu原子形成能,表明越靠近界面Cu原子越容易进入HfO₂ 体内,在外加电压下易发生电化学反应,从而导致Cu导电细丝的形成与断裂. 研究结果可为RRAM存储器的制备及性能的提高提供理论指导和设计工具. 关键词： 阻变存储器 复合材料 界面 电子通道     

缺陷分布对Ag-SiO2薄膜电阻翻转效应的影响

通过改变制备条件,研究了Ag-SiO₂薄膜中的缺陷对电阻翻转效应的影响.对比不同的热处理实验条件, 发现在120 ℃退火的样品经forming过程后具有稳定的电阻转变特性;另一方面, 在Ar/O₂混合气氛下生长的SiO₂具有比在纯Ar下生长的样品更加稳定、重复的电阻转变特性. 通过实验分析,表明热处理、电场作用和样品制备气氛可以改变、调节样品中的缺陷分布 (Ag填隙原子和氧空位缺陷),从而导致Ag-SiO₂中基于缺陷的导电通道结构的形成和湮灭, 提出了提高电阻翻转稳定性的必要条件.     

退火对EBE,IBS和ALD沉积HfO2薄膜的抗激光损伤性能影响

结合自身实验条件采用电子束蒸发(EBE)、离子束溅射(IBS)和原子层沉积(ALD)三种工艺制备了HfO2薄膜,对其进行退火实验,采用1064 nm Nd:YAG激光测定了即时沉积和退火后各HfO2薄膜的抗激光损伤能力。研究发现,ALD HfO2薄膜的激光损伤阈值最高,EBE HfO2薄膜次之,IBS HfO2薄膜的损伤阈值最低;300℃退火对各工艺薄膜抗激光损伤能力的影响均为负面,500℃退火则会显著降低ALD HfO2薄膜的抗激光损伤能力。