氧化石墨烯基透明阻变存储器的制备及性能研究

作     者：唐灵芝 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨惠芳

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 081201[工学-计算机系统结构] 0702[理学-物理学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：GO薄膜 TiO2纳米颗粒 ZnO纳米颗粒 阻变性能 阻变机理 

摘      要：随着信息技术和电子产品微型化的迅速发展和需要,高速度和高密度柔性透明非易失性存储器的发展成为一种必然趋势。阻变存储器(RRAM)因具有存储密度高、功耗低、读写速度快等优点受到广泛关注。通过石墨烯氧化得到的氧化石墨烯(GO)因含氧官能团的存在而呈现半导体性质,在众多的阻变材料中,以GO为介质层的碳基RRAM器件由于高密度、低能耗业已成为最有前途的候选材料之一。基于以上分析,本论文以GO为基础,通过掺入氧化物纳米颗粒的方法,研究RRAM器件的阻变性能,同时探讨其阻变机理。主要结论如下:(1)通过旋涂法在透明柔性基底(ITO-PET)上制备一系列GO薄膜,以Ag为顶电极,得到一系列Ag/GO/ITO/器件,研究了GO悬浮液浓度对Ag/GO/ITO/器件阻变性能的影响。结果表明,不同GO悬浮液浓度制备的Ag/GO/ITO/器件均为双极性阻变。当GO悬浮液浓度为2 mg/mL时,Ag/GO/ITO器件的阻变比率较大(约为52倍),SET和RESET电压分布集中,具有优异的疲劳性和保持性。Ag/GO/ITO/器件的阻变机理来源于电场作用下GO薄膜中氧离子的迁移,即SP导电细丝的形成与断裂,而不是Ag导电细丝的形成与断裂。(2)通过超声分散法将不同质量的二氧化钛(TiO)纳米颗粒掺入GO悬浮液得到一系列GO-TiO混合悬浮液,通过旋涂法在ITO-PET基底制备一系列GO-TiO薄膜,以Ag为电极,得到Ag/GO-TiO/ITO器件,研究不同TiO纳米颗粒掺量对器件阻变性能的影响。结果表明,当掺量为15%时,TiO纳米颗粒在薄膜内分散最为均匀,Ag/GO-TiO/ITO器件的阻变比率最大(约为112倍),SET和RESET电压分布最集中。通过对比初始态(IS)和低阻态(LRS)时TiO和GO的透射电子显微镜(TEM)、电子衍射花样(SAED)和高分辨透射电镜(HRTEM)等图谱,证实Ag/GO-TiO/ITO器件较大的阻变比率和较低的操纵电压是电场作用下TiO和GO中氧离子同时迁移的结果。(3)通过超声分散及旋涂法在ITO-PET基底制备了氧化锌(ZnO)纳米颗粒掺量为15%的GO-ZnO薄膜,以Ag为电极,得到Ag/GO-ZnO/ITO器件,研究了该器件的阻变性能。结果表明,ZnO纳米颗粒均匀的分散在薄膜中。Ag/GO-ZnO/ITO器件的阻变比率达到了324倍,是不掺杂ZnO纳米颗粒器件的6倍多。该器件的阻变来源于SP导电细丝的形成与断裂。