氧化鋅和氧化釩薄膜基的電致阻變性能及機(jī)理研究.pdf

1、在一個(gè)三明治結(jié)構(gòu)金屬電極/絕緣層或半導(dǎo)體層/金屬電極(MIM)中,電極兩端外加電場(chǎng),器件的電阻會(huì)發(fā)生可逆變化,包括非易失性的阻變(每個(gè)電阻狀態(tài)在撤掉電壓后能夠保持)和易失性的阻變(低阻態(tài)在小電壓下或撤掉電壓后又回到高阻態(tài),其電阻態(tài)無法保持),非易失性的阻變特性能夠被用作非揮發(fā)性存儲(chǔ),即阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)。RRAM器件因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,非破壞性讀取,讀寫速度快,高保持性,低功耗,有望成為下一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器。易失性的阻變特性可用于選

2、擇性器件防串?dāng)_或電開關(guān),也很可能用于避雷系統(tǒng),非常遺憾的是目前對(duì)這兩種阻變行為的機(jī)制還存在很大的爭(zhēng)議,所以研究其阻變機(jī)制是非常有意義的,本文主要進(jìn)行了如下兩方面的研究。
　　(一)金屬電極的內(nèi)稟屬性及界面對(duì)ZnO薄膜阻變性能的影響
　　電極作為阻變器件結(jié)構(gòu)不可或缺的一部分,其內(nèi)稟屬性(電負(fù)性,離子半徑)以及與阻變層之間的界面狀態(tài)對(duì)該器件的阻變性能有很大的影響,本部分工作通過使用典型電極(Pt, Au, Ni, Cu, Ag)

3、,變換器件結(jié)構(gòu),研究了電極材料和微結(jié)構(gòu)如何影響阻變器件M/ZnO/M的阻變特性,包括高低阻狀態(tài)的電阻(ΩLRS,ΩHRS),Set電壓,reset電壓(Vset,Vreset)和forming電壓(Vforming)。該內(nèi)容對(duì)理解阻變機(jī)制以及優(yōu)化器件電極類型有一定的指導(dǎo)意義。
　　(二)金屬電極的內(nèi)稟屬性及釩價(jià)態(tài)變化對(duì)V2O5薄膜基性能的影響
　　首次發(fā)現(xiàn)V2O5具有易失性的電致阻變行為,而且電極的內(nèi)稟屬性對(duì)其阻變行為有很大

4、的影響。根據(jù)金屬電極內(nèi)稟屬性的不同,可把電極分為惰性電極和活性電極。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用惰性電極時(shí),V2O5薄膜為易失性的阻變行為,這主要與V2O5的相轉(zhuǎn)變相關(guān),此時(shí)能夠反映功能層在電場(chǎng)作用下的本征物理特性;當(dāng)使用活性電極時(shí),V2O5薄膜表現(xiàn)為非易失性的阻變行為,這是由于電極擴(kuò)散,在薄膜內(nèi)形成金屬特性的導(dǎo)電通道,掩蓋了V2O5本征的物理特性,表現(xiàn)為非易失性的阻變行為。
　　此外,由于 V具有多個(gè)價(jià)態(tài),不同的價(jià)態(tài)必然伴隨著不同的物理特性,