氧化物电致电阻变换与自束缚载流子

在多种氧化物材料和器件中观察到了可重复、可复制和可反转的电致电阻变换或电阻开 关(resistance switching) 行为,这种行为可能应用于不丢失信息存储,因此得到了广泛关注。由 于材料和样品结构的多样性和观察到的氧化物电致电阻变换效应显现出多层次的行为,这为分析 驱动机制带来了复杂性。目前,提出了多种假设来解释氧化物电阻变换效应,而最广泛使用的是 的氧空位扩散（负离子迁移）形成导电细丝的模型,而导电细丝的形成和破坏对应于电阻变换效 应的“开”与“关”。然而,分析不同实验组发表的大量实验结果清楚表明,氧化物电致电阻变换 存在着不依赖电场极性、电致电阻变换下锰氧化物材料的电阻下降以及材料离子化学态的发生变 化等重要特征。这些实验结果展示的共有主要特征清楚说明,氧化物电致电阻变换的机制应该不 是电场下氧空位迁移形成导电细丝模型所描述的。认真分析和可调整超导、磁学性质等结果都表 明,我们应该考虑载流子注入效应。虽然彻底理解氧化物电致电阻变换行为仍然需要进一步的研 究工作,但载流子注入与自束缚载流子观点描绘出了相当合理的图像, 来理解观察到的大量不同 研究组发表的多种多样氧化物电致电阻变换行为实验结果。综合来看,外加电场下氧化物的电阻 变换与引起的相关现象可能会开辟出一个奇异的全新研究与应用领域。     

高温对MOSFET ESD防护器件维持特性的影响

静电放电(electro-static discharge, ESD)防护结构的维持电压是决定器件抗闩锁性能的关键参数,但ESD器件参数的热致变化使得防护器件在高温环境中有闩锁风险.本文研究了ESD防护结构N沟道金属-氧化物-半导体(N-channel metal oxide semiconductor, NMOS)在30—195℃的工作温度下的维持特性.研究基于0.18μm部分耗尽绝缘体上硅工艺下制备的NMOS器件展开.在不同的工作温度下,使用传输线脉冲测试系统测试器件的ESD特性.实验结果表明,随着温度的升高,器件的维持电压降低.通过半导体工艺及器件模拟工具进行二维建模及仿真,提取并分析不同温度下器件的电势、电流密度、静电场、载流子注入浓度等物理参数的分布差异.通过研究以上影响维持电压的关键参数随温度的变化规律,对维持电压温度特性的内在作用机制进行了详细讨论,并提出了改善维持电压温度特性的方法.     

La0.5Ca0.5MnO3内禀与界面电脉冲诱导电阻转变效应的比较

一般地,钛矿结构锰氧化物的电脉冲诱导电阻转变(EPIR) 效应源于非内禀界面处的肖特基势垒. 本文采用固相烧结法制备了La_0.5Ca_0.5MnO₃ (LCMO)陶瓷样品, 用四线测量模式对样品电输运性质, 特别对其内禀EPIR效应和忆阻器行为进行了研究. 室温下, 尽管样品在四线测量模式下的I-V特性曲线呈欧姆线性规律, 但在适当的脉冲电压刺激下, 仍能诱导产生明显、稳定的EPIR效应. 通过与二线模式的界面EPIR比较, 发现LCMO内禀EPIR效应具有更小的脉冲临界电压、更好的稳定性和抗疲劳特性, 是稀土掺杂锰氧化物中观察到的一类新颖的EPIR效应. 关键词： 钙钛矿结构锰氧化物 电致电阻效应 电脉冲诱导电阻转变效应 肖特基势垒     

薄膜物理及其应用讲座：第七讲 铁电薄膜神经元器件

在分析大脑神经元细胞的工作原理基础上，得出了在人工神经网络中的神经元器件应具有的特点，并介绍了硅基铁电薄膜神经元器件的模型及原理，该器件利用铁电薄膜具有随外加脉冲电压而改变的自极化状态，来调制半导体表面的电阻，以达到不同状态输出的目的。     

电极材料及偏压极性对氧化物介质击穿行为的影响及机制

忆阻器和能量存储电容器具有相同的三明治结构,然而两个器件需要的操作电压有明显差异,因此在同一个器件中,研究操作电压的影响因素并对操作电压进行调控,实现器件在不同领域的应用是十分必要的一个工作.本文利用反应磁控溅射技术在ITO导电玻璃、Pt/Si基底上生长了多晶ZrO_2和非晶TaO_x薄膜,选用不同金属材料Au, Ag和Al用作上电极构建了多种金属/氧化物介质/金属三明治结构的电容器,研究了器件在不同偏压极性下的击穿强度.结果发现:底电极是ITO的ZrO_2基电容器在负偏压下的击穿电场比Pt电极器件稍大.不管底电极是ITO还是Pt, Ag作为上电极时器件的击穿强度均存在明显的偏压极性依赖性,正偏压下的击穿电场减小了一个数量级;相反,在Al作为上电极的Al/TaO_x/Pt器件中,正向偏压比负向偏压下的击穿电场增加了近2倍.上述器件的不同击穿行为分别可以由氧化物电极和介质界面层间氧的迁移和重排、电化学活性金属电极的溶解迁移和还原以及化学活性金属电极与氧化物界面的氧化还原反应来解释.该实验结果对有不同操作电压要求的器件,如忆阻器和介质储能电容器等在器件设计和操作方面具有指导意义.     

超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4/超高分子量聚乙烯复合材料的输运性质

采用热压法获得了具有不同混合比例的超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4/超高分子量聚乙烯导电复合材料,并利用x射线衍射、扫描电子显微镜和标准四引线方法对复合材料的结构和低温电输运性质进行测量.实验结果显示,超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4颗粒随机分布在聚合物本体中,相互间没有连接构成网络结构.在正常态下,复合材料的电阻-温度变化曲线给出类半导体行为.但对应于超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4的超导转变温度Tc处,复合材料的电阻-温度变化曲线出现了极小值.室温下电阻率ρ随外加电场强度E的变化曲线测量结果表明,ρ-E曲线为一线形关系,随着电场强度E增加,电阻率ρ下降.文中对可能存在的导电机制进行分析,结果表明隧道贯穿模型可以很好地解释复合材料的导电机制.另外,外加电场强度E对复合材料的电输运特性有明显的影响.     

大功率激光脉冲二极管触发高增益光导开关实验研究

研究了一种新型大功率激光脉冲二极管的输出特性,该激光二极管主要用于触发工作在高增益模式下的砷化镓光导开关。研制了基于射频金属-氧化物半导体场效应管的激光二极管驱动电路,可以为激光二极管提供上升沿、半高宽和峰值电流分别为4 ns,20 ns和130 A的脉冲驱动电流。研究了激光二极管输出的激光脉冲波形、能量、功率、光场分布等特性,并在Blumlein传输线结构中,研究了该大功率激光脉冲二极管的输出特性对工作于高增益模式下的光导开关的导通电阻、开关抖动等主要导通性能参数的影响规律。实验结果表明,激光脉冲的能量和功率越大,光斑面积越大、分布越均匀,在相同偏置电压条件下,光导开关的导通性能越好。     

锗硅异质结晶体管单粒子效应激光微束模拟

对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)进行了单粒子效应激光微束辐照试验,观测SiGe HBT单粒子效应的敏感区域,测试不同外加电压和不同激光能量下SiGe HBT集电极瞬变电流和电荷收集情况,并结合器件结构对试验结果进行分析。试验结果表明:国产SiGe HBT位于集电极/衬底结内的区域对单粒子效应敏感,波长为1064 nm的激光在能量约为1.5 nJ时诱发SiGe HBT单粒子效应,引起电流瞬变。入射激光能量增强,电流脉冲增大,电荷收集量增加;外加电压增大,电流脉冲的波峰增大;SiGe HBT的单粒子效应与外加电压大小和入射激光能量都相关,电压主要影响瞬变电流的峰值,而电荷收集量主要依赖于入射激光能量。     

不同应力下碳化硅场效应晶体管器件总剂量效应及退火特性

以碳化硅场效应晶体管器件作为研究对象,对其开展了不同电压、不同温度下的钴源辐照实验以及辐照后的退火实验.使用半导体参数分析仪测试了器件的直流参数,研究了器件辐照敏感参数在辐照和退火过程中的变化规律,分析了电压、温度对器件辐照退化产生影响的原因,也探索了退火恢复的机理.结果表明:辐照感生的氧化物陷阱电荷是造成碳化硅场效应晶体管器件电学参数退化的主要原因,电压和温度条件会影响氧化物陷阱电荷的最终产额,从而导致器件在不同电压、不同温度下辐照后的退化程度存在差异;退火过程中由于氧化物陷阱电荷发生了隧穿退火,导致器件电学性能得到了部分恢复.     

室温下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性

在室温下利用波长532 nm,脉冲宽度7 ns的纳秒脉冲激光研究了不同电压和激光能量密度作用下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性.在激光能量密度为275.16 mJ/cm2时,其最大电阻变化率达到92.3%,响应时间约36 ns.室温下电压变化对薄膜的光响应特性影响不大,而诱导光能量密度的影响则很明显,能量密度越大,电阻变化越大,响应时间越短,并且电阻变化和响应时间均与激光能量密度呈非线性关系.这种光响应来源于薄膜中的光致非稳态绝缘体-金属相变,有望在新型光电器件上获得应用.     

直流电致发光器件在脉冲电压激发下光电特性的测量

我们用单极性脉冲电压激发ＺｎＳ－Ｍｎ，Ｃｕ粉未发光器件并测量了光电特性。研究了不同形成电压下脉冲电流同脉冲电压的关系；过电压激发下积分亮度的变化；积分亮度同激发脉冲的频率和占空比的关系。我们也测量了一个脉冲期间在发光器件年的瞬态电压变化，看到了负阻效应。     

ITO阳极电阻对有机电致发光器件性能的影响

以不同方块电阻的ITO作为阳极,利用真空热蒸发的方法制备了双层结构有机电致发光器件ITO/TPD/Alq3/LiF/Al,定量研究了ITO阳极电阻对器件光电性能的影响。实验结果表明,具有较大阳极电阻的器件在一定的驱动电压下表现出较低的电流密度和亮度,我们认为主要原因是阳极电阻的分压导致用于载流子注入的有效驱动电压减少。扣除阳极电阻以后,我们发现用于载流子注入的有效驱动电压并不受阳极电阻的影响。另外,我们没有观察到阳极电阻对器件发光效率的明显影响。     

光与新型氧化物材料的相互作用及其应用

文章概述了光与几种新型氧化物材料相互作用研究现状,应用和将来可能的发展方向,这些新型氧化物包括高温氧化物超导体,巨磁电阻材料和铁电体,介绍了光激发状态下氧化物的输运特性,电磁特性的变化规律,报道了近年来主要的实验方法和研究结果,总结了光与氧化物相互作用时有关光响应和光激发的可能机制,讨论了现有实验结果的潜在应用,指出了将来在材料工程,光电器件,信息技术等方面应用的研究方向。     

金属-氧化物-半导体器件γ辐照温度效应

研究了金属-氧化物-半导体(MOS)器件在γ射线辐照条件下的温度效应.采用加固的CC4007进 行辐照实验,在不同温度、不同偏压,以及不同退火条件下对MOS器件的辐照效应进行了比 较,发现温度对辐照效应的影响主要是决定界面态建立的快慢.高温下辐照的器件,界面态 建立的时间缩短.根据实验结果对器件阈值电压漂移的机理进行了探讨. 关键词： 金属-氧化物-半导体场效应 辐射效应 阈值电压漂移     

低导通电阻4H-SiC光导开关

研制了以4H-SiC为基底材料的同面型光导开关,研究了磷离子注入对器件性能的影响。测试结果表明,采用磷离子注入能够有效降低电极处的体电阻,光导开关单位电极间隙的最小导通电阻为3.17!/mm。实验研究了偏置电压和光脉冲能量对导通电阻的影响,在偏置电压10kV、光能量为30.5mJ的条件下,器件的输出功率超过2.0 MW。结果表明,研制的开关具有输出波形稳定、抖动小、功率大等特点。     

点接触金属/Pr$lt;sub$gt;0.7$lt;/sub$gt;Ca$lt;sub$gt;0.3$lt;/sub$gt;MnO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;/Pt结构稳定的低电流电阻开关特性

利用自主开发的导电原子力显微镜控制Pt,W探针构成点接触金属/Pr_0.7Ca_0.3MnO₃（PCMO）/Pt三明治结构,对其电流-电压（I-V）及脉冲诱导电阻开关（EPIR）特性进行了研究.研究发现,在10 nA限流下两种电极对应结构的I-V都表现出相当稳定的双极性电阻开关特性,以及大于100的电阻开关比.进一步测试发现,点接触W/PCMO/Pt器件具有在10 nA限流下稳定的EPIR特性以及100 pA限流下重复的双极性电阻开关特性.此电流比已报道的电流低3个数量级,表明此结构在低功耗存储器件方面的潜在应用.通过对比样品不同位置、不同限流、不同接触面积点接触Pt/PCMO/Pt的I-V回滞特性,把点接触器件在低电流下稳定、显著的电阻开关效应归结于小的器件面积导致强的局域电场加强了O离子迁移效应. 关键词： 脉冲诱导电阻开关 电场下氧离子迁移 电阻开关     

V掺杂6H-SiC光导开关制备与性能研究

采用V掺杂半绝缘6H-SiC单晶衬底材料制备了平面电极型大功率SiC光导开关,用强度为150μJ/mm2、波长为355nm的脉冲激光对开关进行触发,在1~14kV的外加电压范围内对光导开关的耐压特性、导通电阻等性能进行了研究。结果表明:随着开关外加电压的升高,开关的电流峰值呈现不断增大的趋势,当开关外加电压为14kV时,电流峰值达185A,对应的光导开关峰值功率为2.59MW,开关的导通电阻约为22Ω。     

Nd0.7Sr0.3MnO3中显微结构相关电致电阻效应

用固相反应和高能球磨合成后续热处理两种方法分别得到钙钛矿结构Nd_0.7Sr_0.3MnO₃氧化物.两种不同方法得到的多晶样品,虽然晶体结构相同,化学成分和晶粒大小相近,但它们电输运性质却表现出很大差异.用固相反应法制得的样品的电阻几乎不随负载电流的变化而变化,即不表现电致电阻行为;而通过高能球磨合成后续热处理方法得到的样品电阻随外加电流增大而急剧减小,出现显著电致电阻效应.产生这种截然不同电输运特性的原因可能与样品的显微结构和界面性质有关. 关键词： 电致电阻效应 显微结构 钙钛矿结构锰氧化物 界面电阻     

实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电. 关键词： 介质阻挡放电 增强电子耦合器件 大气压辉光放电 多脉冲     

基于六角氮化硼二维薄膜的忆阻器

报道了一种基于多层六角氮化硼(h-BN)二维薄膜的忆阻器件.该器件不需要电预处理过程,且具有自限流的双极性阻变行为;具有较好的抗疲劳性和较长的数据保持时间.该器件在脉冲编程条件下具有模拟转变特性,即在连续的电压脉冲下器件的电阻态能被连续地调控,使得该器件能够模仿神经网络系统中的神经突触权重变化行为.综上所述,基于多层h-BN的忆阻器具有应用在非易失性存储和神经计算中的潜力.