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氧空位对六方三氧化钨纳米线阻变行为的影响

氧空位对六方三氧化钨纳米线阻变行为的影响

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作者：杨文军湖南师范大学

学位级别：硕士

非易失性随机阻变存储器具有阻变切换速度快、易于构建、低能耗等优越的性能,最有望成为下一代新颖的信息存储器。阻变存储器是利用在外部激励的作用下器件高阻态与低阻态之间相互转换的特点,实现信息的存储与读取。根据文献报道,氧空... 详细信息

非易失性随机阻变存储器具有阻变切换速度快、易于构建、低能耗等优越的性能,最有望成为下一代新颖的信息存储器。阻变存储器是利用在外部激励的作用下器件高阻态与低阻态之间相互转换的特点,实现信息的存储与读取。根据文献报道,氧空位迁移是引起阻态转变最主要的原因之一。然而,氧空位主导的阻变机理仍存在争议。空位迁移、空位形成导电丝以及空位对电子的俘获等作用机理仍相互交错,激励条件尚未明确,延缓了缺陷主导的忆阻器的发展。传统的薄膜型忆阻器具有较强的晶面散射,掩盖了氧空位的作用机理。因而本文基于六方三氧化钨纳米线构建了一维阻变存储器,通过改变氧空位浓度探究了空位主导的阻态转变机理。具体研究成果如下:1.利用水热法实现了h-WO纳米线的可控制备。通过调控反应温度、反应时间、反应物化学计量比以及诱导剂种类,实现了纳米线直径、长度的有效调控,获得了单分散性好,直径约为70-500 nm、长度约为2-15μm,表面光滑、沿c轴方向生长、结晶性较高的、含有少量空位的六方晶相纳米线。2.通过控制氧化/还原温度与时间,实现了纳米线中氧空位浓度的调控。当氧化/还原温度由室温升高至673K、时间为40min时,在纳米线保持良好形貌与较高结晶性的同时实现了内部氧空位浓度(1.38%-14.27%)的有效调控。同时实验发现氧化/还原过程中氧原子的填充/缺失主要发生在沿径向/轴向的O-W-O链中。沿轴向大量氧原子的缺失增加了晶格的无序度,导致费米能级附近产生新的指数分布的缺陷能级;随空位浓度增加,缺陷能级逐渐上移,并与导带底重叠形成安德森局域。3.通过分析I-V特性曲线,进一步阐明了氧空位在忆阻性能中的作用机理。在低氧空位浓度下,忆阻器由低阻态开启呈现出双极性特性,I-V曲线拟合结果也表明该导电机制由SCLC机制主导。然而,在高缺陷浓度下,缺陷导致晶格的强无序诱发安德森局域,抑制了载流子的迁移,导致电导明显下降,忆阻器转变为高阻态开启并呈现出单极性特性。在大偏压扫描或连续重复负向脉冲的刺激下,氧空位定向迁移降低了晶格无序,安德森局域退化,导电机制转变为缺陷能级决定的SCLC机制,忆阻器恢复双极性特性,出现NDC现象。实验表明,通过改变氧空位浓度可以实现忆阻器极性的转变,有利于多级存储器的构建。同时,通过大偏压作用或重复脉冲刺激可诱导氧空位俘获效应与氧空位迁移机理的相互转变,加深了氧空位阻变机理的理解,有利于忆阻器的发展。

关键词：阻态转换机制六方三氧化钨纳米线氧空位安德森局域负微分电导

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