氧化锌和氧化钒薄膜基的电致阻变性能及机理研究

【摘要】在一个三明治结构金属电极/绝缘层或半导体层/金属电极（MIM）中，电极两端外加电场，器件的电阻会发生可逆变化，包括非易失性的阻变（每个电阻状态在撤掉电压后能够保持）和易失性的阻变（低阻态在小电压下或撤掉电压后又回到高阻态，其电阻态无法保持），非易失性的阻变特性能够被用作非挥发性存储，即阻变式随机存储器（RRAM）。RRAM器件因其结构简单，非破坏性读取，读写速度快，高保持性，低功耗，有望成为下一代非挥发性存储器。易失性的阻变特性可用于选择性器件防串扰或电开关，也很可能用于避雷系统，非常遗憾的是目前对这两种阻变行为的机制还存在很大的争议，所以研究其阻变机制是非常有意义的，本文主要进行了如下两方面的研究。（一）金属电极的内禀属性及界面对ZnO薄膜阻变性能的影响电极作为阻变器件结构不可或缺的一部分，其内禀属性（电负性，离子半径）以及与阻变层之间的界面状态对该器件的阻变性能有很大的影响，本部分工作通过使用典型电极（Pt,Au,Ni,Cu,Ag），变换器件结构，研究了电极材料和微结构如何影响阻变器件M/ZnO/M的阻变特性，包括高低阻状态的电阻（LRS，HRS），Set电压，reset电压（Vset，Vreset）和forming电压（Vforming）。该内容对理解阻变机制以及优化器件电极类型有一定的指导意义。（二）金属电极的内禀属性及钒价态变化对V2O5薄膜基性能的影响首次发现V2O5具有易失性的电致阻变行为，而且电极的内禀属性对其阻变行为有很大的影响。根据金属电极内禀属性的不同，可把电极分为惰性电极和活性电极。研究发现当使用惰性电极时，V2O5薄膜为易失性的阻变行为，这主要与V2O5的相转变相关，此时能够反映功能层在电场作用下的本征物理特性；当使用活性电极时，V2O5薄膜表现为非易失性的阻变行为，这是由于电极扩散，在薄膜内形成金属特性的导电通道，掩盖了V2O5本征的物理特性，表现为非易失性的阻变行为。此外，由于V具有多个价态，不同的价态必然伴随着不同的物理特性，而且不同的价态之间能量差异较小，所以在外电场作用下，薄膜内很容易发生氧化还原而使V变价，不同价态伴随着不同的电阻状态及不同的颜色，基于此，首次在V2O5薄膜基的全固态透明器件上实现了阻变和颜色的同时变化。
【作者】薛武红；
【导师】许小红；丁军；
【作者基本信息】山西师范大学，原子与分子物理，2014，硕士
【关键词】电致阻变；电极；ZnO；V2O5；

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