论文部分内容阅读
随着当今信息技术的快速发展，人们对非易失性存储器性能的要求也越来越高。然而在一二十年内，硅基电子存储器性能的改善将要到达它的极限。在这样的背景下，人们开始积极地寻找新一代的替代存储器技术。阻变随机存储器（RRAM）被认为是下一代替代技术中最有前景的候选者之一，有着类似电容器的结构——金属/过渡金属氧化物/金属。当电压应用到RRAM的电极上会引起系统的电导率突然的变化，而且变化是非易失性可逆的。在大量过渡金属氧化物作为电介质的的系统中，很多已经被报道存在着电阻开关效应。为了使电子设备获得最终应用的目标，大多数工作着重于研究薄膜在室温下的阻变行为。然而，这种行为同样也能在陶瓷块体电介质中被观测到。许多研究报道了相关证据，它们指出这种阻变效应是发生在电介质和电极界面附近的。尽管如此，电阻开关的物理起源机制仍然没有得到一致的观点。本文中，我们证明电介质是钙钛矿铜氧化物PrBa2Cu3Ox（PBCO）和Pr2CuO4(PCO)的系统中存在着电阻开关效应，而这两种电介质是同种类型的高温超导体中失去超导性的材料。研究这类材料的电学性质，也对理解它们的失超性可能有一定的帮助。而且块体电介质可以利用多电极测量方法，分别研究界面电阻和块体电阻的变化。在这样的背景之下，本文主要研究了PBCO和PCO电介质的电致阻变现象，获得了一些有意义的结果，包括以下几个方面：1. PBCO陶瓷器件的电致阻变特性初探Pt/PBCO/Pt平面存储器件表现出双极性EPIR效应。深入调查陶瓷体电阻的R-T曲线，表明双极性开关特性主要来源于电极与PBCO陶瓷的界面附近，而陶瓷本身不是主要原因。为进一步了解PBCO的性质，换Ag电极制备Ag/PBCO/Ag器件，仍然可以得到较稳定的EPIR效应。这两种器件有一个最大的不同点，Pt/PBCO/Pt的写入电压是+10V，而Ag/PBCO/Ag的写入电压是-10V，擦除电压也刚好相反。这一点需要进一步做实验来探究其起因，EPIR效应的起源也需要进一步探讨。2. Pt/PBCO/Pt器件的电致阻变特性Pt/PBCO/Pt器件脉冲开启电压振幅变小为5V，器件的高低阻态更加稳定了。我们测试到了写入电压是+5V的情况，也测试到了写入电压是-5V的情况，并且这两种情况都是与脉冲电压极性有依赖性即双极性，都有高度稳定性和保持特性。接着用四端法测量PBCO体电阻与温度的关系进一步验证了测试到的EPIR效应主要是因Pt与PBCO的界面起主要作用。本章亮点就是探索了每个界面所起的作用，用三端法同时测量出了界面1、界面4，以及界面14的电阻在脉冲电压下的电阻变化。结果发现，前面的写入电压极性刚好相反的两种情况，界面14电阻变化表面上看是相反的，而实际上这两者情况界面1和界面4在正负脉冲电压的作用下引起的阻态变化是一致的。比如，界面1在正脉冲作用下，两种情况都是引起了低阻态，负脉冲则刚好相反。再根据测量的一个界面高低阻态的I-V曲线特征，推测出一个界面的原理图。载流子注入模型应该可以解释界面的EPIR效应，其能调整界面附近的电阻，在高阻态时，界面态可能代替了里面的肖特基势垒，说明界面层起到一个重要的作用。3. PCO陶瓷的电阻开关特性初探PCO陶瓷表面制备电极In, Au和Pt,构成In/PCO/In、In/PCO/Au、Au/PCO/Au和Pt/PCO/Pt四种器件。用Keithley2400源表通过两端法测量出器件均有反常双极性电阻开关性质。电阻开关性质主要是界面效应，由氧空位的产生和迁移使两界面的势垒高度和耗尽层宽度的改变而形成的。