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作者：李广辉河南大学

学位级别：硕士

尽管在1971年蔡少棠就已经提出了忆阻器的概念,但国外对于忆阻器研究的热潮始于2008年惠普公司基于TiO材料的报道。我国学术界于2010年第一次在正式场合引介忆阻器,虽然只是一次介绍性汇报,但却激发国内学术界对忆阻器研究的兴趣。2009... 详细信息

尽管在1971年蔡少棠就已经提出了忆阻器的概念,但国外对于忆阻器研究的热潮始于2008年惠普公司基于TiO材料的报道。我国学术界于2010年第一次在正式场合引介忆阻器,虽然只是一次介绍性汇报,但却激发国内学术界对忆阻器研究的兴趣。2009年,只有一篇硕士学术论文专门针对忆阻器进行介绍,但是到了2012年,这一数字增加到了11。忆阻器具有长寿命、低功耗和高存储密度等优点,忆阻器件的电阻开关效应在数字逻辑电路、模拟电路和神经工程等方面均具有重要的应用前景。钛酸锶的电阻开关现象具有极高稳定性,较快响应时间、断电后仍可以保持断电前状态及用于多级存储的潜力,是具有应用潜力的忆阻器候选材料。但是,关于电致阻变的原因目前存在多种解释,甚至对于相同材料的阻变解释也无法统一。因此对阻变机制的探究是一项非常重要的课题。本文选用SrTiO(STO)为研究对象,通过铌(Nb)、钕(Nd)、镧(La)和铁(Fe)的掺杂调控,探究掺杂产生的缺陷对材料阻变性能的影响。本文研究内容如下:1、通过Nb掺杂调控,探究掺杂产生的缺陷对材料阻变性能的影响。选用0.05wt%NbSTO和0.7wt%NbSTO单晶作为研究对象。通过对单晶进行XRD、拉曼、霍尔、XPS和EPR等表征,发现掺杂浓度会对单晶表面缺陷产生影响。霍尔测试得到0.05wt%NbSTO和0.7wt%NbSTO单晶的载流子浓度分别为1.36×10cm和1.06×10cm。XPS和EPR发现单晶内有氧空位的存在。此外,当NbSTO镀Pt电极后,其EPR信号明显增强,表明Pt/NbSTO界面处EPR活性中心增多。空穴中心带正电,其可作为电子俘获中心。在对单晶表征后,制备Pt/NbSTO/In结构器件。我们通过I-V测试和R-V测试发现掺杂浓度对器件电学性质也会产生较大影响。特别是Pt/0.05wt%NbSTO/In器件的R-V曲线与Pt/0.7wt%NbSTO/In器件的R-V曲线具有明显差异。根据以上测试结果我们对其内部阻变机制进行探究和分析后,认为阻变源于电子的俘获与去俘获过程,氧空位是电子俘获中心,并结合测试结果阐述了基本的物理变化过程。2、通过La和Nd的掺杂调控,探究材料的阻变性能。选用LaSTO和NdSTO单晶作为研究对象。我们对Pt/LaSTO器件进行电学性能测试,发现器件具有电致阻变现象。对比LaSTO单晶与NbSTO单晶的EPR测试结果并结合I-V拟合分析,我们认为Pt/LaSTO器件的阻变机制与Pt/NbSTO相同,均源于界面势垒的改变。此外,在对Pt/NdSTO/In器件负电压区域I-V测试的同时,改变脉冲电压大小和脉冲电压时间,可以实现一系列的中间态,因此调整写入脉冲值和脉冲时间均可以实现多级存储。3、无论是NbSTO、NdSTO还是LaSTO单晶,它们均为N型半导体。因此本文还考虑改变STO掺杂类型,选用P型半导体进行研究。我们使用PLD技术在NbSTO单晶上生长FeSTO薄膜。制备出Pt/FeSTO/0.7wt%NbSTO/In器件和Pt/FeSTO/0.05wt%NbSTO/In器件。AFM表征结果可知薄膜质量较好,I-V测试结果发现器件存在阻变存储性能,C-V测试结果表明器件存在带正电的界面缺陷态,缺陷态的充放电致使界面耗尽层改变。

关键词：存储器掺杂钛酸锶电阻开关缺陷

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金属掺杂钛酸锶单晶阻变机制的研究

金属掺杂钛酸锶单晶阻变机制的研究

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作者：王胜凯河南大学

学位级别：硕士

随着科学技术的高速发展和人类不断变化的物质需求,信息技术的发展尤为关键,信息科技的高速发展促使存储器的更新换代更加频繁,现有的Flash存储器在存储性能方面已经显得‘力不从心’了,同时传统的存储技术在行业竞争中触碰到了微型化... 详细信息

随着科学技术的高速发展和人类不断变化的物质需求,信息技术的发展尤为关键,信息科技的高速发展促使存储器的更新换代更加频繁,现有的Flash存储器在存储性能方面已经显得‘力不从心’了,同时传统的存储技术在行业竞争中触碰到了微型化的局限,所以研制性能更加优越的下一代存储器迫在眉睫。为了获得新存储材料和技术,科研工作者做了大量的研究工作,发现在氧化物材料中存在电阻开关现象。氧化物电致阻变存储器具有结构简单、功耗低、高速擦写和极佳的尺寸缩小性等优势,应用前景十分光明。在阻变存储器上施加一个电信号,存储器的电阻会发生突变,在金属氧化物中(例如NiO,TiO,NbO,SrTiO,PLCMO,PCMO和YBCO)可以观察到这种现象。目前,已经有人提出一些机制来描述电致阻变效应,也存在很多解释电致阻变效应的理论,但这些理论一直处于争论当中,这些模型可以分成两种:体效应和界面效应。体效应包括:导电细丝模型,空间电荷限制效应和法兰克效应等。界面效应包括:离子(例如氧空位)的电化学迁移,载流子(空穴和电子)的俘获/去俘获,莫特变程跃迁理论。即使是同种材料的相同结构器件,对阻变机制的解释也不统一,这就导致了此类存储器的发展受到制约,也阻碍了它的实际应用。因此,揭示电致阻变的真正机理是当前一个非常重要的课题。在众多氧化物阻变材料中,具有钙钛矿结构的钛酸锶(SrTiO)材料优势明显:通过元素掺杂很容易实现对其组分和光电性能等调制。近年来,人们在多种元素掺杂的SrTiO(STO)中发现了优良的电致阻变现象,钙钛矿结构的掺钕钛酸锶(NdSTO)和掺铌钛酸锶(NSTO)单晶拥有稳定的化学性质和结构。建立较为简单阻变结构,方便分析阻变机制。通过不同浓度掺杂,可以在禁带中形成施主或受主能级,与某些金属接触易形成肖特基结或者欧姆结,通过电脉冲的激发使阻变材料置于不同的阻态。采用变温的手段对掺杂量不同的NSTO进行I-V和阻态的测试,探究温度和掺杂浓度对阻变的影响,确定了阻变发生的区域是在肖特基界面。本文进行了NdSTO单晶阻变现象和变温时NSTO的阻变现象研究如下:1.制备出Pt/NdSTO/In阻变器件,对器件的阻变一些性能进行了测试,比如I-V循环、多级存储、疲劳保持、时间效应对器件的影响、光照影响、变温等进行了研究,发现了其具备稳定阻变性能;分析总结了阻变发生的发生区域在肖特基结面,阻变原因是肖特基势垒中载流子的俘获和逃逸引起的;建立了肖特基势垒模型,初步探索出其内部的机制,对其阻变进行了分析。2.设计了一种变温探针台,极大地方便了变温测试,为我们实验提供了帮助。该装置的探针台独立设置并与测试台腔室内的电极可拆式连接,保证探针台可在测试台腔室内自由移动,在测量样品时,即使样品因尺寸太大或放置位置较偏斜,也可通过调整探针台位置,使样品处于测试台腔室的正中心位置,保证在合上测试台腔室上盖时也不会导致样品和探针的错动,保证样品电极的安全性。3.研究了不同浓度Nb掺杂的STO在变温环境下的阻变,可能是由于温度影响了s-In/NSTO界面的肖特基势垒,导致了高低阻态的变化,这也证明了阻变发生在肖特基界面层。

关键词：阻变肖特基势垒掺杂钛酸锶变温

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Y掺杂SrTiO_3阳极催化剂材料性能研究

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电源技术 2006年第4期30卷 282-284,304页

作者：孙秀府郭瑞松李娟赵迎珂张君娣天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300072

直接对碳氢化合物燃料进行电化学氧化是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展方向,寻求新的阳极催化剂材料是其发展的关键。采用固相法合成了Y掺杂的钛酸锶Sr1-1.5xYxTiO(3x=0.06,0.08,0.1)钙钛矿复合体系氧化物,对合成产物的结构、烧结... 详细信息

直接对碳氢化合物燃料进行电化学氧化是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展方向,寻求新的阳极催化剂材料是其发展的关键。采用固相法合成了Y掺杂的钛酸锶Sr1-1.5xYxTiO(3x=0.06,0.08,0.1)钙钛矿复合体系氧化物,对合成产物的结构、烧结性、高温电导率进行了测定,研究了不同烧结温度对阳极催化剂材料电导率的影响,并通过微观结构的研究,探讨了不同烧结温度对电导率的影响机理。研究表明,最佳烧结温度为1400℃,从400℃到1000℃电导率呈现单调降低趋势;当x=0.08时电导率最高,在800℃时达到26S·cm-1。

关键词：固体氧化物燃料电池(SOFC) 阳檄催化剂材料掺杂钛酸锶电导率

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La掺杂SrTiO_3阳极材料性能研究

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电源技术 2006年第10期30卷 842-844,848页

作者：孙秀府郭瑞松李娟天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300072

以碳氢化合物为燃料直接电化学氧化是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展方向,寻求新的阳极材料是其发展的关键。采用固相法合成了La掺杂的钛酸锶Sr1-1.5xLaxTiO3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)钙钛矿复合体系氧化物,对合成产物的结构、烧结... 详细信息

以碳氢化合物为燃料直接电化学氧化是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展方向,寻求新的阳极材料是其发展的关键。采用固相法合成了La掺杂的钛酸锶Sr1-1.5xLaxTiO3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)钙钛矿复合体系氧化物,对合成产物的结构、烧结性能、高温电导性能进行了测定,研究了不同La掺杂量对阳极材料电导率的影响,通过X射线衍射(XRD)分析研究了掺杂钛酸锶阳极材料与YSZ电解质的相容性。研究结果表明,从600～800℃,Sr1-1.5xLaxTiO3电导率随温度的升高呈现单调降低趋势,当x=0.3时电导率最高,在800℃时达到103.5S/cm,在1400℃下和YSZ电解质有良好的化学相容性。

关键词： SOFC 阳极材料掺杂钛酸锶电导率

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