LiFeP04 随机存储器件的阻变特性研究

作     者：吴呈 

作者单位：东北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵立竹;徐海阳

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：阻变式随机存储器 磷酸亚铁锂 均一的电阻转换 多级存储 激活能 

摘      要：阻变式随机存储器(RRAM)具有结构简单、存储密度高、转换速度快、能量消耗低以及保持时间长等卓越的性能,这使它成为最有潜力的非易失性存储器,并受到人们的广泛关注。最近一些锂离子电池阴极材料作为中间阻变层,利用Li+迁移导致的氧化还原过程实现阻变行为。本论文选择磷酸亚铁锂(Li Fe PO4)作为阻变层材料,因为它兼具RRAM器件所需的电导率低且稳定性好这两个特性。同时,对Li Fe PO4阻变器件的阻变性能和阻变机制进行研究。本论文利用磁控溅射和热蒸发的方法制备Li Fe PO4阻变器件,并研究不同退火温度及不同底电极对器件阻变现象的影响。根据条件的优化,选择600°C退火的Au/Li Fe PO4/C(石墨片)结构的器件进行阻变特性研究。600°C退火的Au/Li Fe PO4/C器件展示出典型的双极性电阻转换特性,并且性能良好,具有快的转换速度、小的转换电压、好的耐受性和长时间的电阻保持特性,以及较高的均一性和可控性,这对于实际应用阻变存储器来说是很重要的。同时,通过改变反向扫描电压和限制电流观察到一些可逆且稳定的电阻态,表明器件可以实现多级存储。另外,对器件所展示的电阻态进行温度依赖测试,发现所有的电阻态展示了与初始电阻态相似的温度依赖特性;通过对比各阻态的激活能,发现随着电阻的减小电子的激活能逐渐减小。猜测:在电场的作用下Li+发生迁移,随着电阻态阻值的减小导电通道中Li的浓度减小,导致相关缺陷增加,从而减小器件电子的激活能。最后,通过二次离子质谱监测器件深度剖面的Li含量,发现在高低电阻态时石墨片中Li含量是不同的,证明了Li迁移的模型。因此,提出Li迁移的模型解释Au/Li Fe PO4/C器件的阻变行为。在电场作用下Li+在Li Fe PO膜和石墨片中进行可逆迁移,进而实现导电通道中Li浓度的逐渐改变,实现多级电阻态存储。