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有机和杂化阻变材料与器件

功能高分子学报 2019年第4期32卷 434-447页

作者：陈威林高双伊晓辉尚杰刘钢李润伟中国科学院宁波材料技术与工程研究所磁性材料与器件重点实验室浙江宁波315201 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

阻变存储器具有功耗低、微缩性好、可大规模三维堆积、与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容等诸多优势,可以满足高性能信息存储的关键要求。采用有机及杂化阻变材料作为存储介质构建器件,通过分子设计及合成策略不仅可实现器件的轻量... 详细信息

阻变存储器具有功耗低、微缩性好、可大规模三维堆积、与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容等诸多优势,可以满足高性能信息存储的关键要求。采用有机及杂化阻变材料作为存储介质构建器件,通过分子设计及合成策略不仅可实现器件的轻量化和柔性集成,还可以灵活地调控分子的电学特征以及器件的存储性能。本文全面综述了有机及杂化阻变材料与器件的最新进展,特别关注它们在电学性能调控和柔性存储性能方面的设计原则,并对有机及杂化阻变材料与柔性存储器件的当前挑战及未来发展前景进行了讨论。

关键词：有机材料有机-无机杂化材料阻变非易失性存储器柔性

高性能Ag/La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3/p^+-Si阻变器件的研究

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人工晶体学报 2015年第12期44卷 3493-3497页

作者：闫帅帅王华许积文杨玲陈齐松桂林电子科技大学材料科学与工程学院桂林541004

采用溶胶-凝胶工艺在p型单晶硅衬底上制备了La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3薄膜,对薄膜的微观结构及Ag/La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3/p+-Si器件的电致阻变性能进行了研究。结果表明:La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3薄膜在经过700℃退火2 h后为单一的钙钛矿结构,... 详细信息

采用溶胶-凝胶工艺在p型单晶硅衬底上制备了La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3薄膜,对薄膜的微观结构及Ag/La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3/p+-Si器件的电致阻变性能进行了研究。结果表明:La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3薄膜在经过700℃退火2 h后为单一的钙钛矿结构,沿(112)晶向择优生长,薄膜致密平整;Ag/La_(0.7)Mg_(0.3)MnO_3/p+-Si阻变器件具有典型的双极型阻变特性,具有非常高的电阻开关比,其高阻态(HRS)与低阻态(LRS)的比值高于105,以及较佳的耐疲劳性能,器件在1000次循环后高、低阻态比值没有明显变化;器件在高阻态(HRS)时的导电机制为Schotty势垒发射效应,低阻态(LRS)导电机制为导电细丝机制。

关键词：阻变 La0.7Mg0.3MnO3 溶胶-凝胶异质结

基于二维层状GaSe纳米片忆阻器阻变特性研究

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电子元件与材料 2021年第4期40卷 323-327页

作者：廖康宏康雨薇雷沛先汤越月接文静四川师范大学化学与材料科学学院四川成都610066

忆阻器由于其非易失性、低功耗、擦写速度快等优点,在存储器、逻辑器件和计算等领域具有广阔的应用前景。另一方面,二维材料由于二维层状的结构和优异的电学性能被广泛应用于忆阻器。其中,硒化镓是III-VI主族的层状半导体材料,具有高载... 详细信息

忆阻器由于其非易失性、低功耗、擦写速度快等优点,在存储器、逻辑器件和计算等领域具有广阔的应用前景。另一方面,二维材料由于二维层状的结构和优异的电学性能被广泛应用于忆阻器。其中,硒化镓是III-VI主族的层状半导体材料,具有高载流子迁移率、非线性光学特性和优异的光响应等特性,为研究新型电子器件提供了可能性。本文通过机械剥离法获得二维层状硒化镓纳米薄片,并以Cu作电极制备了具有平面结构基于二维硒化镓的两端阻变存储器件,实现了高达104的开关比。保留特性曲线表明器件可以在6600 s的时间范围内保持高的开关比。此外,随着测试时间的推移,器件的开关比有增大的趋势,显示了良好的稳定性。该研究为二维硒化镓在非易失性储存器件的进一步应用提供了前期基础。

关键词：二维材料硒化镓忆阻器非易失性阻变

电场调控Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO_3异质结阻变与磁性研究

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人工晶体学报 2016年第6期45卷 1596-1601页

作者：胡诚张婷婷来国红邱达张昌华朱永丹湖北民族学院理学院恩施445000 武汉大学物理学院武汉430072

利用脉冲激光沉积法在0.7%Nb∶SrTiO_3衬底上制备了Co∶ZnO薄膜,并构建了Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO_3异质结器件。该器件表现出典型的双极性阻变效应,在正、负向电压作用下,器件电阻可以在低阻态和高阻态之间变换,电阻变换比值可达到104,阻... 详细信息

利用脉冲激光沉积法在0.7%Nb∶SrTiO_3衬底上制备了Co∶ZnO薄膜,并构建了Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO_3异质结器件。该器件表现出典型的双极性阻变效应,在正、负向电压作用下,器件电阻可以在低阻态和高阻态之间变换,电阻变换比值可达到104,阻态具有一定的保持性与耐久性,同时Co∶ZnO薄膜的饱和磁化强度会产生与阻变相关联的可逆调控。结合ZnO薄膜阻变与磁性调控结果发现,氧空位在Co∶ZnO/Nb∶SrTiO_3异质结的阻变及磁性调控中具有重要作用,并采用氧空位产生与湮灭结合载流子注入-束缚/解束缚模型解释阻变与磁性调控。

关键词：脉冲激光沉积 Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO3异质结阻变氧空位磁性

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氧化物异质结中界面相变诱导的阻变特性研究

氧化物异质结中界面相变诱导的阻变特性研究

作者：谷婷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着信息技术的快速发展,铁电存储器作为一种新型的非易失性存储器,具有功耗低、耐久性好、易于调控等优点,受到了广泛关注,但是铁电阻变存储器目前也面临一些问题,铁电材料漏电流太大,高低阻态之间差异太小导致存储界限不明显。因此,... 详细信息

随着信息技术的快速发展,铁电存储器作为一种新型的非易失性存储器,具有功耗低、耐久性好、易于调控等优点,受到了广泛关注,但是铁电阻变存储器目前也面临一些问题,铁电材料漏电流太大,高低阻态之间差异太小导致存储界限不明显。因此,本文期望通过利用铁电极化反转诱导LaSrMnO(LSMO)中的空穴在界面积聚和耗散的特性,从而触发LSMO在相位边界的穿越,使铁电阻变存储器的开关比更明显,提高铁电阻变器件的阻变性能。本文成功制备了高质量的LaSrMnO(x=0,0.15,0.2,0.3)薄膜。通过改变Pb(ZrTi)O(PZT)薄膜的生长温度,制备了致密、均匀的高质量PZT薄膜。研究了PZT薄膜厚度对Pt/PZT/LaSrMnO异质结的铁电性能和阻变性能的影响,当PZT薄膜厚度为72 nm时,异质结中的PZT薄膜漏电流密度低、铁电性能较好。本文制备了LaSrMnO薄膜和PZT/LaSrMnO薄膜,测试得到它们的金属绝缘相的转变温度分别为330 K和250 K,说明PZT的极化反转可以调控LSMO的相变。在此基础上,通过改变铁电异质结中的相变调控层LSMO,设计并制备了四种Pt/PZT/LaSrMnO(x=0,0.15,0.2,0.3)/LaSrMnO铁电异质结结构。研究了四个异质结的铁电性能,四个异质结的电滞回线为饱和状态,极化强度大致相同,说明四个异质结之间阻变性能的差异与铁电性无关。通过改变扫描电压的大小,测试了四个异质结的阻变性能,得到Pt/PZT/La0.8Sr0.2Mn O3/LaSrMnO铁电异质结的开关比最大,达到了7.2×104,并且该铁电异质结的阻变效应在正负电压下的差距最明显,这是因为该异质结中的相变调控层La0.8Sr0.2Mn O3处于铁磁金属态和铁磁绝缘态的临界点,PZT铁电层的铁电极化反转能够诱导La0.8Sr0.2Mn O3薄膜层中的空穴在界面积聚和耗散,触发La0.8Sr0.2Mn O3在相位临界点之间穿越;Pt/PZT/LaSrMnO铁电异质结的开关比为7×104;而Pt/PZT/La0.85Sr0.15Mn O3/LaSrMnO铁电异质结的开关比明显降低了,最大的开关比为4×104;Pt/PZT/La Mn O3/LaSrMnO铁电异质结的开关比最小,为7×103,这是因为La Mn O3(LMO)薄膜在室温下为反铁磁绝缘态。对四种异质结进行可靠性测试,四种异质结均具有优异的连续擦写操作能力和数据保持能力。

关键词：铁电二极管阻变相变铁电极化电场调控

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钛酸钡/镍酸钐异质结的阻变机理研究

钛酸钡/镍酸钐异质结的阻变机理研究

作者：贾梅秀华东师范大学

学位级别：硕士

如今,“大数据”,“云计算”,“人工智能”等关键词几乎已经成为当今科学技术发展的代名词。信息化、智能化已成为未来大势所趋。存储器作为信息的存储媒介,在集成电路中作用巨大。然而,未来需要存储的信息量越来越大,人们对器件的小型... 详细信息

如今,“大数据”,“云计算”,“人工智能”等关键词几乎已经成为当今科学技术发展的代名词。信息化、智能化已成为未来大势所趋。存储器作为信息的存储媒介,在集成电路中作用巨大。然而,未来需要存储的信息量越来越大,人们对器件的小型化要求却越来越高,这意味着集成电路的集成密度必须大幅度提高。然而传统的存储器工艺已经无法进一步使器件缩小,这意味着传统的存储方式已经跟不上未来科学技术发展的脚步,存储器的改良或改革已经势在必行。阻变随机存储器(Resistive RAMs,RRAMs)不仅可以满足技术发展产生的器件小型化需求,其良好的容错性,低功耗等优点都使其成为传统存储器的良好替代者。铁电RRAMs作为RRAMs中出色的一员,拥有良好的可靠性和保持性等性能,广受科研工作者们的热捧。为了更好地理解并研发铁电RRAMs,必须了解它们的RS(阻变)机理。然而铁电材料中的RS机制至今仍然存在争议。本文中,我们以钛酸钡(BaTiO)铁电薄膜为典型,对它的RS机制进行了系统研究。为了得到合适的底电极,我们首先对镍酸钐(SmNiO,SNO)进行了工艺优化,发现SNO的生长氧压对Au/Cr/BTO(BaTiO)/SNO/LAO(LaAlO)器件表现出来的电学特性有很大影响。我们在SNO氧压为3Pa的器件中测得了两种完全不同的电学特性。在其中一种电学特性中,I-V曲线上存在一个非常明显的跳变过程,我们猜测可能是与细丝有关。另外,在这种电学特性中,我们还通过调节限制电流实现了器件易失-非易失性能的转化。在另一种电学特性中,电流随电压连续变化,根据后面的实验我们推测它与BTO有关。在SNO氧压为13Pa和20Pa时,器件表现出良好的RS特性。综合我们对SNO/LAO氧压的优化结果,我们选择13Pa的SNO作为后面研究BTO的RS原理的底电极。为了确定铁电性对RS特性的影响,我们通过改变薄膜生长过程中的氧压(P)来控制Ti/Ba比值,从而制备了铁电和非铁电的BTO薄膜。通过压电力显微镜的测量,验证了在P≥3Pa条件下制备的BTO薄膜具有较好的铁电性,而在更低氧压下制备的薄膜铁电性消失。在具有铁电性的BTO的异质结中具有明显的RS特征,且电阻开关比可达10%,而具有非铁电性的BTO的异质结中,RS可以忽略不计。RS对铁电性的依赖很强,这是因为BTO中的RS是由铁电极化对BTO/SNO界面势垒和耗尽区域的调控产生的。

关键词：钛酸钡镍酸钐阻变铁电

载流子传输层和阻变效应对BiFeO3薄膜光伏效应影响的研究

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载流子传输层和阻变效应对BiFeO3薄膜光伏效应影响的研究

作者：徐彪东南大学

学位级别：硕士

铁电材料在室温下表现出可翻转的自发极化,在未来的多功能计算、数据存储、光电探测、光催化、以及光伏领域具有巨大的潜在应用价值。BiFeO作为目前唯一在室温下同时具备反铁磁和强铁电性的单相多铁材料,多年来吸引了研究人员的广泛关... 详细信息

铁电材料在室温下表现出可翻转的自发极化,在未来的多功能计算、数据存储、光电探测、光催化、以及光伏领域具有巨大的潜在应用价值。BiFeO作为目前唯一在室温下同时具备反铁磁和强铁电性的单相多铁材料,多年来吸引了研究人员的广泛关注。在众多钙钛矿铁电材料中,BiFeO具有相对小的光学带隙值2.67 eV,使其在铁电光伏领域更具优势。A位B位化学代替和AB位共代替对BiFeO铁电、铁磁和光电等性能具有非常灵活的调整作用。BiFeO特有的窄带隙和铁电畴壁结构使其在铁电光伏中实现了远超带隙值的开路电压,在未来的新型光伏领域,BiFeO及其化学修饰材料将占有重要的地位。本文利用溶胶凝胶法结合脉冲激光沉积技术对纯相BiFeO薄膜和A位Gd掺杂多层薄膜的光伏性能进行了研究。光吸收层、电子传输层、空穴传输层之间能带的错配会很大程度上影响器件的光伏性能,通常通过插入一层缓冲层来应对这种情况。在这篇文章中,我们提出了一个新的可供选择的策略来改善光伏性能,就是结合阻变和光伏两个领域。材料体内缺陷在外加电场作用下往界面迁移,这使得体内的复合中心浓度降低,同时,缺陷(主要是氧空位)在界面的累积能起到调节界面势垒高度的作用。利用BiFeO作为吸光层,mTiO和NiO薄膜分别作为电子传输层和空穴传输层,我们测到了明显的双极性阻变曲线。通过某一外加电压将阻态设置到低阻态时,光伏效应得到了明显的增强。相比器件的原始状态,光照下最大的短路电流密度从2.38μA cm增加到5.66μA cm,增加了2.3倍,开路电压从0.39 V增加到0.525 V,增加了1.3倍。我们也对BiFeO进行A位化学修饰,A位Gd掺杂比例有0、1%、3%和5%。同样以mTiO和NiO薄膜分别作为电子传输层和空穴传输层。经过化学修饰的BiFeO具有更好的结构稳定性,更优的光学带隙值。经过测试,在一个太阳光照的条件下,5%Gd掺杂的BiFeO比起纯相BiFeO薄膜的短路电流密度增加了3.46倍达到20.85μA cm。

关键词： BiFeO3 铁电材料光伏效应阻变化学修饰

Nb:AlNO薄膜的阻变机理与神经突触可塑性模拟

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Nb:AlNO薄膜的阻变机理与神经突触可塑性模拟

作者：万钦清华大学

学位级别：硕士

当前人工神经网络的模拟计算过程有必要在微观动力学层面找到神经元或突触的模拟单元,利用忆阻器来模拟人脑突触的可塑性行为近年来成为人工智能领域的研究热点。尤其是制造在结构和工作模式中紧密接近完整生物突触的忆阻器,以通过自下... 详细信息

当前人工神经网络的模拟计算过程有必要在微观动力学层面找到神经元或突触的模拟单元,利用忆阻器来模拟人脑突触的可塑性行为近年来成为人工智能领域的研究热点。尤其是制造在结构和工作模式中紧密接近完整生物突触的忆阻器,以通过自下而上的路线实现类似大脑的计算。为此,我们于室温条件下制备了Nb弥散掺杂的Al NO薄膜,并在此基础上制备了Pd/Nb:Al NO/Pd和Pd/Nb:Al NO/Al NO/Nb:Al NO/Pd两种结构的忆阻器,结果如下:Pd/Nb:Al NO/Pd忆阻器的电学性能研究表明,在正向的外部刺激下,电导升高;在负刺激下,导电细丝断开,电导下降。且在电导升高和下降过程中均出现周期性波动的现象。Nb:Al NO薄膜的微观结构研究表明,在正向的外部刺激下Nb氧化物纳米微晶首先在底电极附近形成,并团聚形成纳米团簇向顶端电极生长,构成导电细丝,上述导电细丝由氧原子的迁移和热扩散所控制,电流引发的局部加热使得Nb氧化物纳米微晶首先形成,进而增强电导。然而,连续的正刺激耗尽了附近的氧原子,使导电细丝的生长受到抑制,同时,结晶相在局部积累的热作用下转化为非晶相,使得电导降低。反之,连续的负激励通过将氧原子抽离减小了纳米团簇的大小,这仍符合相变动力学。因此,类似于神经递质和电压-门控离子通道动力学的上述两种动力学的相互作用,促成了器件电导的长程波动式变化。Pd/Nb:Al NO/Pd忆阻器成功模拟了包括脉冲频率依赖可塑性和脉冲时间依赖可塑性在内的传统神经网络协议;Pd/Nb:Al NO/Al NO/Nb:Al NO/Pd忆阻器成功模拟了脉冲频率依赖可塑性和频率选择性。另外,本忆阻系统还具有两大优点。一是其低的电流密度大大降低了功耗。二是两种动力学的相互作用,建立了用不同频率合成信号的可能性,包括编码和解码方法。我们相信,该人工神经突触将极大地促进神经形态的模拟计算。

关键词：忆阻器阻变 Nb:AlNO薄膜突触可塑性相变

Bi2(Fe,Ni)MnO6双钙钛矿薄膜的阻变和光学性能研究

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Bi2(Fe,Ni)MnO6双钙钛矿薄膜的阻变和光学性能研究

作者：钟文敏广东工业大学

学位级别：硕士

信息存储技术在21世纪越来越被人们关注,因为传统的存储技术已经逐渐的出现了技术瓶颈,人们希望通过研究新材料和开发新技术用来制备下一代更高容量和性能稳定的存储器件。铋基双钙钛矿材料起源于铋基钙钛矿材料,因为双钙钛矿材料具有... 详细信息

信息存储技术在21世纪越来越被人们关注,因为传统的存储技术已经逐渐的出现了技术瓶颈,人们希望通过研究新材料和开发新技术用来制备下一代更高容量和性能稳定的存储器件。铋基双钙钛矿材料起源于铋基钙钛矿材料,因为双钙钛矿材料具有原料选择性广,容易调节元素之间的比例和更广阔的开发性等特点,现在越来越多的科研工作者对铋基双钙钛矿材料进行研究。本文通过化学溶液沉积了镍锰酸铋和铁锰酸铋薄膜,主要研究铋基双钙钛矿材料镍锰酸铋和铁锰酸铋薄膜的的阻变效应和光学性能。(1)在Pt/Ti/Si O/Si衬底上制备BiFe Mn O薄膜,并研究了Au/BiFe Mn O/Pt/Ti/Si O/Si器件结构的阻变效应。结果表明,经正向和反向电压扫描的Au/BiFe Mn O/Pt/Ti/Si O/Si器件结构具有阻变效应,利用氧空位组成的导电通道的断开和复合过程解释了该薄膜器件的的阻变效应。(2)在FTO/Glass衬底上沉积了BiFe Mn O薄分别在不同退火温度退火,并且在N气氛中退火。利用扫描探针显微镜研究了薄膜的表面形态。结果表明,薄膜也具有明显的阻变效应。并从空间电荷限制电流和肖特基机制的角度分析了薄膜的导电机理。研究了它的阻变特性分析了它的传导机制。研究了它的光电特性,分析了黑暗情况下薄膜的传导机制(3)在ITO基片上沉积了BiFe Mn O薄膜器件,并研究了它的光电效应。利用X射线电子能谱和X射线衍射光谱表征了材料的元素化学价态和物相特征。用第一原理计算了薄膜材料的带隙,用紫外光可见光估算材料的带隙。结果表明BiFe Mn O薄膜具有光电特性,并且铁电极化过程可以控制切换光电效应。(4)在La Ni O/Si衬底上沉积了BiNi Mn O薄膜,并且在不同的温度下进行退火处理。结果表明室温测量BiNi Mn O薄膜具有电滞回线,说明它具有室温铁电性,且随着退火温度的升高出现钉扎束腰效应。从电流-电压特性来看,薄膜展示出从近乎线性的电导率到具有整流效应的二极管效应的过渡过程。通过分析其导电机理,发现具有二极管效应的样品具有明显的空间电荷效应。

关键词：阻变二极管效应光电效应双钙钛矿