鈦酸鋇薄膜的阻變開關(guān)現(xiàn)象和負(fù)微分電阻現(xiàn)象的研究.pdf

1、當(dāng)今世界信息技術(shù)的快速發(fā)展離不開非易失性存儲器件性能的不斷提高。為了獲得性能更加優(yōu)異的新型存儲器，大量的研究者都在尋找常規(guī)存儲器的替代品。在研究中發(fā)現(xiàn)，許多氧化物材料中都存在有電阻開關(guān)的現(xiàn)象，大部分都具有能夠應(yīng)用于非易失性阻變存儲器(ReRAM)中的應(yīng)潛能。其中傳統(tǒng)的非易失性存儲器的機(jī)制可以分為兩類，一類是離子機(jī)制，一類是電子機(jī)制，和離子機(jī)制相比較，電子機(jī)制的阻變效應(yīng)占據(jù)著主要的位置。但是一般的電阻開關(guān)的電子機(jī)制都與器件的缺陷有關(guān)，而缺

2、陷是不容易控制的，這也是傳統(tǒng)的阻變開關(guān)材料沒有實現(xiàn)廣泛商用的原因之一。在這個時候鐵電材料進(jìn)入我們的視野，最近幾年對鐵電薄膜的制備、性能和應(yīng)用的研究，以及利用鐵電材料的鐵電性質(zhì)控制阻變開關(guān)的特性已經(jīng)成為了新功能材料研究的一個熱點。鈦酸鋇薄膜作為一種典型的鐵電材料而受到廣泛的關(guān)注。一些有趣的現(xiàn)象發(fā)生在鈦酸鋇薄膜的電子運(yùn)輸?shù)倪^程中，比如:可切換的二極管效應(yīng)，歐姆接觸到肖特基接觸的轉(zhuǎn)變，雙極性的阻變開關(guān)現(xiàn)象，磁電耦合現(xiàn)象，以及利用鐵電的極化性質(zhì)

3、來控制阻變開關(guān)性質(zhì)的現(xiàn)象。而通常伴隨著這些現(xiàn)象的發(fā)生會出現(xiàn)負(fù)微分電阻現(xiàn)象。這種負(fù)微分電阻現(xiàn)象也會出現(xiàn)在其他的一些材料體系中，比如:雙重的量子阱，超晶格，和一維系統(tǒng)當(dāng)中。但是負(fù)微分電阻現(xiàn)象的微觀機(jī)制到目前為止還存在著很大的爭議。目前學(xué)術(shù)領(lǐng)域有著各種各樣的微觀機(jī)制用來解釋阻變開關(guān)現(xiàn)象，包括:氧空位的遷移機(jī)制，電荷俘獲和去俘獲機(jī)制，導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制等等，但是以上的這些機(jī)制都很難解釋負(fù)微分電阻效應(yīng)，基于這種背景我們對鈦酸鋇鐵電薄膜的阻變開關(guān)性質(zhì)和負(fù)

4、微分電阻性質(zhì)進(jìn)行了研究，并且我們的研究得到了一些有意義的結(jié)果，主要結(jié)果如下:
　　在鐵電材料當(dāng)中鈦酸鋇材料(BaTiO3)是一種非常典型鐵電材料。采用激光脈沖沉積技術(shù)，在不同的氧壓條件在導(dǎo)電玻璃(FTO)襯底上生長鈦酸鋇(BTO)鐵電薄膜。XRDθ-2θ掃描結(jié)果顯示出在FTO襯底上生長出了質(zhì)量較好的BTO鐵電薄膜，通過直流濺射工藝在BTO表面鍍上直徑為0.001 cm的電極，制備出了Au/BTO/FTO的器件。之后利用Keithl

5、ey2400對該器件進(jìn)行I-V掃描，在掃描過程中發(fā)現(xiàn)在負(fù)電壓區(qū)域會有負(fù)微分電阻的現(xiàn)出，并且該現(xiàn)象的出現(xiàn)于正電壓有著密切的關(guān)系。為了尋找出負(fù)微分電阻現(xiàn)象出現(xiàn)的原因和該現(xiàn)象與正電壓保持著何種關(guān)系，于是我們對該Au/BTO/FTO器件進(jìn)行了鐵電性質(zhì)，DLTS以及脈沖電壓測得的研究。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，器件的負(fù)微分電阻現(xiàn)象在不同的脈沖寬度和脈沖強(qiáng)度下都會受到影響。與此同時，引入了界面態(tài)機(jī)制來解釋該器件的阻變開關(guān)現(xiàn)象和負(fù)微分電阻現(xiàn)象，利用Au/BTO界面

6、間的施主型界面態(tài)對電子的俘獲與去俘獲模型完好的解釋了該現(xiàn)象。在測試當(dāng)中給予該器件上施加不同大小的正偏壓，發(fā)現(xiàn)其電阻會相對應(yīng)的呈現(xiàn)出連續(xù)變化的趨勢。說明該器件也有著作為多級阻變存儲器的潛能。將樣品置于低溫環(huán)境當(dāng)中，利用Keithley2400對其進(jìn)行I-V測試，發(fā)現(xiàn)在低溫環(huán)境的情況下，該Au/BTO/FTO出現(xiàn)了整流特性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。而且經(jīng)過試驗證明這種現(xiàn)象是不可逆的。分析得出這種現(xiàn)象是與鐵電本身的居里溫度是密切相關(guān)的。在低溫環(huán)境下，由于溫