【摘 要】
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钙钛矿过渡金属氧化物材料因具有高缺陷迁移速度、低缺陷迁移势垒的特点,在高性能存储器件领域极具研究空间。钙钛矿结构的Sr Co Ox（SCOx）通过调控氧的含量,可在不改变晶格框架的情况下发生可逆的拓扑相变,从低阻态的ABO3型钙钛矿氧化物体系转化为高阻态的ABO2.5型钙铁石结构氧化物体系,具有阻变机理清晰、保持时间长、器件均匀性好等优点,在非易失性阻变存储器领域展现出应用潜力。然而实验通常难以获
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钙钛矿过渡金属氧化物材料因具有高缺陷迁移速度、低缺陷迁移势垒的特点,在高性能存储器件领域极具研究空间。钙钛矿结构的Sr Co Ox（SCOx）通过调控氧的含量,可在不改变晶格框架的情况下发生可逆的拓扑相变,从低阻态的ABO3型钙钛矿氧化物体系转化为高阻态的ABO2.5型钙铁石结构氧化物体系,具有阻变机理清晰、保持时间长、器件均匀性好等优点,在非易失性阻变存储器领域展现出应用潜力。然而实验通常难以获得单相的SCOx薄膜,如何调整制备工艺条件以调控SCOx薄膜的氧含量进而精准调制SCOx混合相薄膜的阻态至关重要。本文采用脉冲激光沉积技术制备出Nb:Sr Ti O3/SCOx/Au及Sr Ru O3/SCOx/Au两种不同下电极的SCOx薄膜忆阻器件。借助原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射技术以及X射线光电子能谱等微观表征手段对不同沉积温度、不同氧分压下制备的功能薄膜进行分析,采用半导体特性分析仪对器件开展电学性能测试。发现沉积温度和氧分压会显著改变SCOx薄膜的微观结构并对其阻变性能产生影响。沉积温度和氧分压的升高,会使SCOx薄膜的表面粗糙度值先增大后减小。沉积温度700～750 oC、氧分压3～7 Pa范围内制得的SCOx薄膜忆阻器可实现多次重复擦写,并具有良好的高低阻态稳定性与较低的功耗,器件开关比可达245。SCOx忆阻器件工作时主要包括欧姆传导机制和空间电荷限制电流导电机制。由于下电极与SCOx功能层形成肖特基势垒,在高操作电压作用下SCOx薄膜忆阻器件也会表现出肖特基热电荷发射机制。采用多物理场有限元仿真软件COMSOL建立基于Sr Ru O3/SCOx/Au结构的阻变模型,通过电热耦合仿真分析了阻变过程中氧空位浓度、电势及温度的变化情况,并对不同电极材料参数的器件进行仿真。发现低电导率和热导率的下电极易使SCOx忆阻器件内部热量聚集,在更靠近电极的位置发生氧空位的迁移与重构,进而降低器件的操作电压,与实验结果相符。提高reset过程的截止电压可获得多阻值窗口,增加器件实现多阻态的可能。
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