含Ag电极的非晶In-Ga-Zn-O薄膜的阻变开关特性

采用射频磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶InGaZnO4(α-IGZO)薄膜,利用直流磁控溅射法制备的Ag金属薄膜作为反应上电极,构建了Ag/非晶InGaZnO4(α-IGZO)/Pt结构的阻变存储器件单元。所制备的器件具有双极型阻变特性,写入时间仅为107 ns,经过300次循环开关后,器件仍显示良好的开关效应。对置于高低阻态的器件使用5 mV横电压测量其电阻,电阻值经过1.2×104s无明显衰减趋势,表明器件具有较好的保持特性。阻变开关机制归因于在外加电场的作用下,由于电化学反应,使得Ag导电细丝在存储介质α-IGZO薄膜中形成和溶解。     

含Ti电极的非晶钛酸锶薄膜的阻变开关特性研究

采用射频磁控溅射法制备Ti金属薄膜作为反应电极,结合脉冲激光沉积法在Pt/Ti/Si衬底上制备了Ti/非晶-SrTiO3-δ (STO)/Pt结构的阻变存储器件单元.器件的有效开关次数可达200次以上.利用5 mV的小电压测量处于高低阻态的器件电阻,发现在经过3.1 ×105 s以后,两种阻态的电阻值均没有明显的变化,说明器件具有较好的保持特性.器件处于高阻态和低阻态的电阻比值可达100倍以上.在9mA的限制电流下,器件的低阻态为500 Ω,有利于降低电路的功耗.氧离子和氧空位的迁移在阻变开关中起到重要的作用,界面层TiOx发挥着氧离子库的作用.阻变开关机制归因为导电细丝(Filaments)的某些部分出现氧化或者还原现象,造成导电细丝的形成和断开.     

Ag/La0.67Ca0.33MnO3/p+-Si三明治结构器件的电致阻变性能研究

采用溶胶-凝胶工艺在p+-Si基片上制备了La0.67Ca0.33Mn O3薄膜,构建了Ag/La0.67Ca0.33Mn O3/p+-Si三明治结构的阻变器件,研究了器件的电致阻变性能。结果表明:Ag/La0.67Ca0.33Mn O3/p+-Si器件具有明显的双极性阻变特性,其高阻态(HRS)与低阻态(LRS)比(HRS/LRS)高于104,器件在高阻态和低阻态的电荷传导机制分别遵循Schottky势垒导电机制与空间电荷限制电流机制(SCLC)。器件在2×103次可逆循环测试下,高、低阻态比无明显变化,表现出良好的抗疲劳特性。根据器件的高、低阻态阻抗谱,可以得到阻变效应是由器件界面的肖特基势垒的改变与器件内部缺陷填充共同作用的。     

保持温度对偏轴磁控溅射法制备BiFeO3薄膜结构和性能的影响

本文采用偏轴磁控溅射方法在Pt/TiO2/SiO2/Si(111)基片上制备了多晶BiFeO3(BFO)薄膜,并构架了Pt/BFO/Pt异质结电容器。利用X射线衍射(XRD)、铁电测试仪等手段研究了保持温度对BFO薄膜结构和性能的影响。XRD图谱表明制备的BFO薄膜均为多晶结构,在保持温度400℃±2℃的区间内得到的BFO薄膜不含明显杂相,其它的温度均有明显的杂相。在保持温度为400℃时得到了较为饱和的电滞回线,在900 nm厚度的情况下,剩余极化强度仍可以达到Pr>40μC/cm2,达到了实际应用的要求Pr>10μC/cm2。漏电流拟合机制表明在低场下属于欧姆机制,在高场下比较接近空间电荷限制电流(SCLC)机制。     

高性能Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si阻变器件的研究

采用溶胶-凝胶工艺在p型单晶硅衬底上制备了La0.7Mg0.3MnO3薄膜,对薄膜的微观结构及Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si器件的电致阻变性能进行了研究.结果表明:La0.7Mg0.3MnO3薄膜在经过700℃退火2h后为单一的钙钛矿结构,沿(112)晶向择优生长,薄膜致密平整;Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si阻变器件具有典型的双极型阻变特性,具有非常高的电阻开关比,其高阻态(HRS)与低阻态(LRS)的比值高于105,以及较佳的耐疲劳性能,器件在1000次循环后高、低阻态比值没有明显变化;器件在高阻态(HRS)时的导电机制为Schotty势垒发射效应,低阻态(LRS)导电机制为导电细丝机制.     

电场调控Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO3异质结阻变与磁性研究

利用脉冲激光沉积法在0.7; Nb∶ SrTiO3衬底上制备了Co∶ ZnO薄膜,并构建了Pt/Co∶ ZnO/Nb∶ SrTiO3异质结器件.该器件表现出典型的双极性阻变效应,在正、负向电压作用下,器件电阻可以在低阻态和高阻态之间变换,电阻变换比值可达到104,阻态具有一定的保持性与耐久性,同时Co∶ ZnO薄膜的饱和磁化强度会产生与阻变相关联的可逆调控.结合ZnO薄膜阻变与磁性调控结果发现,氧空位在Co∶ ZnO/Nb∶ SrTiO3异质结的阻变及磁性调控中具有重要作用,并采用氧空位产生与湮灭结合载流子注入-束缚/解束缚模型解释阻变与磁性调控.     

外延铁酸铋薄膜铁电性和反转特性的研究

采用磁控溅射的方法在以SrRuO3 (SRO)为底电极的(001)取向的SrTiO3基片上制备了外延BiFeO3 (BFO)薄膜,并以氧化铟锡(ITO)和金属Pt为上电极构架了ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种薄膜电容器,研究上电极对外延BFO薄膜铁电性和反转特性的影响.结果表明,两种薄膜电容器均体现了良好的饱和电滞回线,当测试电场为333 kV/cm时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器的剩余极化强度分别为47.6 μC/cm2和56 μC/cm2,矫顽场分别为223 kV/cm和200 kV/cm.此外,两种薄膜电容器都具有良好的保持和抗疲劳特性.通过反转和非反转电流对时间的积分,可以计算出真实的极化强度.当反转电压幅值为17 V时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器电流的反转时间分别为0.48 μs和0.32μs,真实极化强度的计算值约为41μC/cm2和47 μC/cm2,此计算值和铁电净极化强度的测量值符合的很好.     

沉积温度对BiFeO3薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射法制备SrRuO3(SRO)薄膜、脉冲激光沉积法制备BiFeO3(BFO),构架了Pt/SRO/BFO/SRO/SrTiO3(001)异质结,采用X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪研究了沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响.研究结果表明,随着温度的升高,BFO(001)和(002)衍射峰强度逐渐增强,BFO(110)和Bi2O3衍射峰强度逐渐减小,不同沉积温度下生长的样品都具有铁电性,在800 kV/cm的电场下,640 ℃下生长的BFO薄膜的剩余极化强度为65 μC/cm2.采用数学拟合的方法研究了Pt/SrRuO3/BiFeO3/SrRuO3/SrTiO3的漏电机理,结果表明BFO薄膜导电机理为普尔-弗兰克导电机理.     

La∶BiFeO3/Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO3纳米复合薄膜的铁电特性

采用脉冲激光沉积技术(pulsed laser deposition,PLD),在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了La0.1Bi0.9FeO3(BFO),Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO3(BNKT)和BFO/BNKT纳米复合薄膜.结果表明,复合薄膜的铁电特性比单层的BFO、BNKT薄膜有所增强.利用压电力显微镜(piezoresponse force microscopy,PFM)观察到了铁电畴.由于畴结构内部矫顽力分布不均匀,导致极化反转随时间改变,疲劳测试结果也证实了该结论.随着转换周期的增加,极化随之增强.运用PFM测量了纳米级的压电响应,同样证实了BFO/BNKT复合薄膜中的畴反转现象.     

陶瓷单晶(100)基底上外延生长Pt薄膜

用对靶溅射技术在MgAl2O4 (100) (MAO) 和SrTiO3 (100) (STO)单晶基底上制备Pt薄膜.基底温度为700℃时,Pt薄膜外延生长为(200)取向,Pt/STO 薄膜的电阻率很低,而Pt/MAO 薄膜表现出高电阻特征.此外,Pt (50nm)/La0.67Ca0.33MnO3 (50nm)/STO的制备和研究表明,在包括庞磁电阻材料的器件设计中,Pt是一种较好的电极材料.