《自整流电致阻变异质结的制备与性能研究》

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存储器是计算机、通讯设备等信息处理系统中不可或缺的关键组成部分,已成为其关键技术和经济影响因素之一。然而,当今在快速存取数据存储器中居支配地位的半导体随机存储器(SRAM)存在重大缺陷:电源一消失就会失去所有信息,即挥发性。此外,半导体材料由于其挥发性、热稳定性、热噪声、量子通道和热屏极耗散的限制,发展几乎已达其物理极限;随着集成度的不断提高,传统的Flash非挥发性存储器也遇到了一系列的问题,如随着隧穿氧化层厚度越来越小,电荷的泄漏变得越来越严重,直接影响Flash存储器的数据保持性能。可见,现有的存储器已成为制约高速信息处理系统发展的瓶颈。因此,发展新型高速、高密、低功耗、高可靠非挥发性存储器已成为信息处理科学亟待突破的领域之一。该项成果针对新型非挥发性存储器——阻变存储器(RRAM)中阻变材料性能和1R结构存在串扰等问题,采用溶胶-凝胶、磁控溅射等工艺,分别在ITO、p-Si等衬底制备了具有电阻开关效应的Mg掺杂ZnO薄膜、Ce掺杂Bi<,4>Ti<,3>O<,12>薄膜、ZnMnO<,3>薄膜、ZnMn<,2>O<,4>陶瓷及其Cu、Fe掺杂薄膜、BMI/MMA共聚物薄膜,以及Ag/ MgxZn1-xO/ITO、Ag/ZnMn<,2>O<,4>/p-Si、Ag/Bi<,4>Ti<,3>O<,12>/ZnO/ITO等不同阻变薄膜材料及不同上、下电极构成的Top-electrode/阻变薄膜/Bottom-electrode结构异质结。研究了制备工艺方法及条件、掺杂等对上述材料微观结构、相组成、介电性能、阻变特性等的影响,研究了ITO、p-Si和Pt等不同衬底电极及其异质结钩对薄膜生长质量、载流子浓度、迁移率和异质结I-V特性、开/关电阻比、开关循环次数、电阻保持能力等的影响规律,探索了相关薄膜阻变异质结的整流机制、电致阻变机制和存储机理,所制备薄膜的无疲劳开关循环次数达到103,Ce掺杂Bi<,4>Ti<,3>O<,12>薄膜的开/关电流比超过104,Ag/Bi<,4>Ti<,3>O<,12>/ZnO/ITO、金属/PMMA-PEI/ITO等结构异质结还呈现一定的整流特性,可为新型RRAM的制备及其在1R结构存储阵列中的应用提供有意义的实验依据和理论参考。

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