銀電極氧化對(duì)雙極性電阻轉(zhuǎn)變影響及WO3局域電阻轉(zhuǎn)變研究.pdf

1、近年來基于電脈沖觸發(fā)誘導(dǎo)電阻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象(EPIR)的電阻式隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)由于其結(jié)構(gòu)簡單、存儲(chǔ)密度高、耗能低、與半導(dǎo)體CMOS工藝兼容性好等優(yōu)勢,受到了物理學(xué)、材料學(xué)、半導(dǎo)體器件等專業(yè)科研人員的重視。
　　 本論文中我們研究了銀電極的氧化物對(duì)器件雙極性電阻轉(zhuǎn)變性能的影響,我們制備了三種不同的器件:Ag／WO3-x／Pt器件、Ag／AgOx／Pt器件和Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件,其中銀的氧化物薄膜AgOx是在氧氣氛下

2、利用PLD技術(shù)沉積而成,利用X射線光電子譜分析顯示氧氣氛下制備的金屬Ag發(fā)生氧化作用。通過對(duì)三種器件電學(xué)性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),電阻轉(zhuǎn)變行為受到銀的氧化物層AgOx的直接影響。三種器件顯示出完全不同的Ⅰ-Ⅴ特性曲線:由于WO3-x薄膜中存在大量氧缺陷,Ag／WO3-x／Pt器件顯示出類金屬性的輸運(yùn)行為；Ag／AgOx／Pt器件和Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件均有電阻轉(zhuǎn)變出現(xiàn),分別顯示出體效應(yīng)和界面效應(yīng)的電阻轉(zhuǎn)變行為,并且Ag／AgOx／

3、WO3-x／Pt器件的Ⅰ-Ⅴ滯后顯示出很強(qiáng)的整流行為,這是因?yàn)锳gOx／WO3-x之間形成類似p-n形式的異質(zhì)結(jié),界面處勢壘的出現(xiàn)在電阻轉(zhuǎn)變中占主要地位,彌補(bǔ)了WO3-x薄膜中氧缺陷過多的不足。對(duì)Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件高低電阻狀態(tài)與電流、電壓變化關(guān)系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),該器件發(fā)生電阻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象主要受控于電場作用,而與電流控制的熱效應(yīng)沒有更強(qiáng)的關(guān)聯(lián)作用。通過微區(qū)X射線光電子譜分析結(jié)果顯示,這種電阻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的起因源于AgOx層中發(fā)生的

4、銀的電化學(xué)氧化還原作用。我們還對(duì)具有電阻轉(zhuǎn)變行為的兩組器件Ag／AgOx／Pt器件和Ag／AgO2／WO3-x／Pt器件進(jìn)行了疲勞性與保持性等測試發(fā)現(xiàn),與Ag／AgOx／Pt器件相比,Ag／AgOx／WO3-x／Pt器件顯示出了更加優(yōu)越的器件性能:擦寫次數(shù)高達(dá)8000多次,保持時(shí)間也維持了10000s以上,預(yù)期其擦寫次數(shù)與保持時(shí)間甚至還能夠更好；開關(guān)比ROFF／RON高達(dá)20,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足實(shí)際器件應(yīng)用中能夠被外部電路區(qū)分的開關(guān)比大于10的要

5、求,電阻轉(zhuǎn)變觸發(fā)電壓較小,只需-1 V和+0.7 V,滿足實(shí)際器件耗能小的要求。并且WO3-x薄膜具有與CMOS工藝兼容性良好、制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn),這些都為器件的實(shí)際應(yīng)用提供了很好的基礎(chǔ)。
　　 我們還利用導(dǎo)電原子力顯微鏡技術(shù)對(duì)WO3-x薄膜局域電阻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象進(jìn)行了一系列研究。研究發(fā)現(xiàn),導(dǎo)電通道在反復(fù)的寫入-擦除過程中會(huì)優(yōu)先出現(xiàn)在第一次觸發(fā)時(shí)出現(xiàn)的位置,但隨著多次擦除過程大約只有很少的一部分導(dǎo)電通道(30％)能夠比較穩(wěn)定的保持下來