基于果胶的阻变存储器件性能的优化

有机阻变存储器具有较好的柔性、延展性和生物相容性等特征,但其电阻转变参量的均一性较差．以银掺杂生物果胶(pectin)材料为介质层薄膜,利用旋涂和蒸发镀膜工艺制备了阻变存储器件．基于导电细丝模型分析了该阻变存储器的阻变机制,并通过对比实验探究了pectin和 AgNO₃质量分数对阻变存储器工作性能的影响．此外,利用开启过程的限制电流对器件电阻值进行连续调节,实现了多级信息储存功能．实验表明：pectin作为无毒无害的生物材料可以应用于新型阻变存储器件中,利用金属离子掺杂技术可以对其阻变特性进行有效调控．     

基于ITO/聚甲基丙烯酸甲酯/Al的有机阻变存储器SPICE仿真

探索了ITO/PMMA/Al器件的阻变机理及其SPICE电路仿真, 通过优化聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层退火温度, 器件可实现连续擦-读-写-读操作. 基于不同退火温度PMMA薄膜的表面形貌研究, 构建了单层有机阻变器件的非线性电荷漂移模型, 以及描述该模型掺杂区界面移动的状态方程, 并通过反馈控制积分器建立了SPICE仿真电路. 最后, 代入器件实际测量参数, 得到与器件实际结果基本一致的电流-电压模拟曲线. 结果验证了单层有机器件的阻变机理, 说明该非线性电荷漂移模型的SPICE仿真在有机阻变器件仿真中同样适用. 关键词： 有机阻变存储器 非线性电荷漂移 SPICE仿真     

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.     

Ni/ZnO/BiFeO3/ZnO多层膜中磁场调控的电阻开关效应

阻变存储器由于具有读取速度快、存储密度大、存储时间长、低功耗和结构简单等主要特点,已被看为下一代非易失性随机存储器的重要候选者.本文研究了Ni/ZnO/BiFeO₃/ZnO/ITO多层纳米薄膜器件的电阻开关特性,发现器件具有明显的双极性电阻开关效应,而且样品的电阻开关特性随外加磁场的干涉会有明显变化,包括开关比、耐受性和电导率.磁场对Ni/ZnO/BiFeO₃/ZnO/ITO薄膜器件的显著调控作用应该起源于磁场使得Ni/ZnO界面处的肖特基势垒改变.这项工作可以为磁控电阻开关效应提供一种可能的新机制,在未来的存储器器件中具有重要的潜在应用价值.     

Ni/HfO_2/Pt阻变单元特性与机理的研究

研究了Ni/HfO2(10 nm)/Pt存储单元的阻变特性和机理.该器件具有forming-free的性质,还表现出与以往HfO2(3 nm)基器件不同的复杂的非极性阻变特性,并且具有较大的存储窗口值(105).存储单元的低阻态阻值不随单元面积改变,符合导电细丝阻变机理的特征.采用X射线光电子能谱仪分析器件处于低阻态时的阻变层HfO2薄膜的化学组分以及元素的化学态,结果表明,Ni/HfO2/Pt阻变存储器件处于低阻态时的导电细丝是由金属Ni导电细丝和氧空位导电细丝共同形成的.     

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.     

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     

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.     

掺杂富勒烯衍生物阻变存储器存储性质的调控研究

以PS(聚苯乙烯)和PC_(61)BM([6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯)为活性材料,通过加入导电性不同的缓冲层材料,优化了阻变存储器件的开关比。制备时分别以金纳米粒子(Au-NPs)、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)材料作为器件的缓冲层,得到了开关比可调、存储机制不同的电双稳态器件。测试结果发现缓冲层材料导电性是影响器件开关比的关键因素,当缓冲层材料从绝缘性材料PVP换为导电性良好的金纳米粒子,其开关比从10~2逐渐增大到10~5。另外对于不同结构的存储机制,通过电流电压拟合曲线和能带原理图分析,发现缓冲层材料的导电性质及能级匹配是影响器件存储机制的重要因素。     

基于高阻ZnO薄膜的光电导型紫外探测器

本文通过射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积一层ZnO薄膜, 制备了Al-ZnO-Al 结构光电导型紫外探测器件, 并在室温下测试了所制备器件的暗场特性及其对紫外线的响应特性. 暗场条件下器件电流特性测试结果表明所制备的ZnO薄膜电阻率达到了3.71×10⁹ Ω · cm, 是一种高阻薄膜. 在波长365 nm, 光强303 μW/cm²的紫外线照射下, 薄膜的电阻率为7.20×10⁶ Ω · cm, 探测器明暗电流比达到了516. 40 V偏置电压条件下周期性开关紫外线照时, 探测器的上升和下降时间分别为199 ms和217 ms, 响应速度快且重复性好, 并利用ZnO半导体表面复合慢过程和体复合快过程对瞬态响应过程进行了理论拟合分析. 本文研究结果表明, 高阻ZnO薄膜紫外探测器具有良好的紫外光电响应特性.     

铜掺杂氧化锌薄膜阻变特性的研究

以 ZnO：Al为底电极,Cu为顶电极,在同种工艺条件下分别制备了类电容结构的纯ZnO 阻变器件和ZnO：2%Cu阻变器件,分析比较了两种器件的典型I-V特性曲线、置位电压（V_Set）和复位电压（V_Reset）的分布范围、器件的耐久性。结果显示,ZnO：Cu阻变器件较纯ZnO阻变器件有更大的开关比和更稳定的循环性能。另外,研究了 ZnO：Cu阻变器件的阻变机理,通过对其I-V特性曲线分析得出以下结论：ZnO：Cu阻变器件在高阻态遵循空间电荷限制电流效应,低阻态符合欧姆定律。     

基于1,2-二氰基苯/聚合物复合材料的高耐久性有机阻变存储器

本文报道了一种基于1,2-二氰基苯(O-DCB)与聚(3-己基噻吩)(P3HT)复合薄膜的高耐久性有机阻变存储器(ORSM).ORSM表现出非易失型和双极性存储特性,电流开关比(I_on/off)超过10⁴,耐久性高达400次,保持时间为10⁵s,V_set和V_reset分别为-6.9 V和2.6 V.器件的阻变机理是陷阱电荷的俘获与去俘获,即负偏压或正偏压诱导电荷陷阱的填充和抽离过程,导致电荷传输方式的改变,从而产生高低电阻间的切换.器件的高耐久性一方面是由于O-DCB较小的分子尺寸和较好的溶解性形成了均匀分布且稳定的电荷陷阱,另一方面是由于O-DCB较好的分子平面促进了其与P3HT共轭链的相互作用.该研究为高耐久性ORSM的实现提供了一种有效途径,加快了ORSM的商业化应用进程.     

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HfN_x∶Zn薄膜的负微分阻变存储器

基于HfNx∶Zn薄膜材料制备了阻变式随机存储器,获得了良好的阻变可靠性,并观察到负微分电阻现象.Au/HfNx∶Zn/Pt器件表现出快速的擦写速度(150ns)、优异的循环耐受性(103)、长时间保持性(85℃时105 s)、较小的开启/关闭电压波动性(3.5%/8.5%)和较低的高阻/低阻波动性(13.5%/10.1%).Zn元素的掺入为薄膜引入了大量的N空位缺陷态,根据器件运行的I-V拟合曲线,得知器件阻变机制与N空位缺陷的存在有直接的关系.     

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.     

测量I-V特性分析阻变存储器的导电机制

介绍了阻变存储器及其I-V特性的测试分析方法。通过测量三明治结构的阻变存储器的I-V特性,采用多种拟合方法,与导电机制原理对比,可以判断器件的导电机制,便于深入分析阻变机理。     

碳量子点修饰对有机-无机杂化钙钛矿阻变性能的影响

通过在前驱体中添加碳量子点（CQD）,制备了具有不同晶粒尺寸的有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3(MAPbI3)薄膜,并以金（Au）和氟掺氧化锡（FTO）为电极制备了具有Au/CQD-MAPbI3/FTO结构的阻变器件．测试了CQD掺杂浓度对器件阻变性能的影响,并分析了其物理机制．结果表明：通过优化CQD掺杂质量浓度可以提升器件开关比,降低器件运行电压的波动．基于导电通道模型,器件阻变性能提升的可能原因为晶界主导的碘离子迁移随机性降低,导电通道结构简化．     

La施主掺杂SrTiO_3单晶的阻变性能研究

以La施主掺杂SrTiO_3(La STO)单晶为样品,制备了Pt/LaSTO/In结构存储器件.通过一系列电学测试,发现该器件具有稳定的多级阻变现象,最大开关比为10~4;高低阻电流-电压关系曲线的拟合分析表明,高阻时存在界面势垒,而低阻时满足电子隧穿模型特性.电子顺磁共振研究表明LaSTO单晶内存在带正电的空穴缺陷中心.综合分析证明器件的高低阻之间的转变由界面空位缺陷导致的电子俘获与去俘获引起.此外发现光照会对LaSTO单晶的阻值产生影响.该实验结果为LaSTO单晶在阻变存储器件中的应用提供了理论和技术指导.     

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.     

自旋轨道矩调控的垂直磁各向异性四态存储器结构

利用氧化钽缓冲层对垂直各向异性钴铂多层膜磁性的影响,构想并验证了一种四态存储器单元.存储器器件包含两个区域,其中一区域的钴铂多层膜[Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)]直接生长在热氧化硅衬底上,另一个区域在磁性膜和衬底之间沉积了一层氧化钽作为缓冲层[TaO x(0.3 nm)/Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)],缓冲层导致两个区域的垂直磁各向异性不同.在固定的水平磁场下对器件施加与磁场同向的电流,由于电流引起的自旋轨道耦合力矩,两个区域的磁化取向均会发生翻转,且拥有不同的临界翻转电流.改变通过器件导电通道的电流脉冲形式,器件的磁化状态可以在4个态之间切换.本文器件的结构为设计自旋轨道矩存储器件提供了新的思路.