【摘 要】
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随着摩尔定律的放缓和冯·诺依曼瓶颈带来的限制,传统的硅基存储器面临着严重的工艺技术引起的物理尺寸限制。阻变存储器具有结构简单、功耗低、读写速度快、存储密度高等优势,但其在材料优化、性能稳定性和阻变原理的不足限制了它的发展和应用。非晶In Ga Zn O薄膜具有电子迁移率高、氧缺陷可调控、柔韧性好、透明度高等优点,可以应用于薄膜晶体管和阻变存储器。本文选取非晶In Ga Zn O薄膜作为介质层,采用
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随着摩尔定律的放缓和冯·诺依曼瓶颈带来的限制,传统的硅基存储器面临着严重的工艺技术引起的物理尺寸限制。阻变存储器具有结构简单、功耗低、读写速度快、存储密度高等优势,但其在材料优化、性能稳定性和阻变原理的不足限制了它的发展和应用。非晶In Ga Zn O薄膜具有电子迁移率高、氧缺陷可调控、柔韧性好、透明度高等优点,可以应用于薄膜晶体管和阻变存储器。本文选取非晶In Ga Zn O薄膜作为介质层,采用溶胶凝胶法制备了非晶In Ga Zn O薄膜,表征分析了薄膜的表面粗糙度、化学组分、表面形貌和光学透过率等性质,结合直流磁控溅射技术制备了阴离子迁移型和阳离子迁移型阻变存储器,研究了两种类型器件的阻变性能,结合电极材料对性能的影响给出了机理解释,并比较了阴离子和阳离子型器件的性能特点。Pt和Ti顶电极的非晶In Ga Zn O阻变存储器表现为阴离子迁移型,器件在毫安量级的工作电流下能够表现出稳定的阻变性能,存储窗口均稳定在10倍以上,具有较好的非易失性（>10000 s）和可重复性（>100次）,通过对限制电流和复位过程截止电压的调制,能够获得较好的多级存储能力。在阳离子迁移类型中,Ag/In Ga Zn O/Pt阻变存储器在不同的限制电流(10-3～10-5 A)下均能表现出可重复的阻变行为,限制电流为10-5 A时,器件具有稳定的阻变性能,在100次循环和10000 s的电压读取中,窗口始终保持在500倍以上,不同器件的阻态和转变电压分布比较集中,而且工作电流在10微安量级,相对于阴离子型器件具有明显的低功耗优势。此外,器件在10-6 A工作电流下也具有阻变性能,但可重复性较差。两种离子迁移型器件的阻变原理都可归因于导电细丝的形成和断裂,在阴离子型器件中,通过电场调控氧空位与氧离子的分离和迁移,形成氧空位型导电细丝。对于阳离子型器件,Ag电极以Ag+的形式参与Ag导电细丝的形成和断裂。本文对基于非晶In Ga Zn O薄膜的阴离子迁移型和阳离子迁移型阻变存储器进行了研究,为合理选择阻变存储器的电极材料,改善并提升器件的阻变性能,以及认识非晶态In Ga Zn O阻变存储器的阻变机理提供了实验参考。
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