金属掺杂改善HfO2阻变存储器(RRAM)氧空位导电细丝性能

本研究采用金属掺杂的方式调控氧空位导电细丝的电子结构以获得更好的器件性能.计算了HfO2体系中四组氧空位的形成能,得到VO4-VO23-VO34-VO46最易形成的氧空位簇;分波电荷态密度进一步表明在[010]晶向上电荷聚集形成导电通道.另外,研究了Ag、Mg、Ni、Cu、Al、Ta、Ti掺杂对该缺陷体系电子结构的影响...     

直流磁控溅射制备SnO2薄膜的阻变特性研究

采用直流磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2基片上分别以三种不同的基板温度和后热处理工艺制备了二氧化锡(SnO2)薄膜。采用X射线衍射仪对三种薄膜的晶格结构进行了分析表征,通过Keithley 4200半导体参数分析仪对薄膜的阻变特性进行了测试。实验结果表明:三种制备条件下的SnO2薄膜均具有阻变性能,基板温度350℃和850℃退火处理分别制备的薄膜同时具有良好的写入/擦除电压分布一致性、较好的高阻态阻值离散性和较大的开关比。初步讨论了三种薄膜阻变特性的机理,薄膜内部导电细丝的形成和断裂程度不同造成三种薄膜高低阻态电阻分布不同,同时影响了写入与擦除阈值电压的分布一致性等阻变参数。     

阳离子迁移型阻变存储材料与器件研究进展

硅基闪存是当前半导体市场的主流非易失性存储器,但其小型化日益接近物理极限.阳离子迁移型阻变存储器是下一代高速、高密度和低功耗非易失性存储器的有力竞争者之一,近些年受到科学界和工业界的广泛关注.本文从材料、阻变机理和器件性能3个方面综述了阳离子迁移型阻变存储器的研究进展,其中材料部分包括电极材料和存储介质,阻变机理部分包括金属导电细丝的存在、生长模式和生长动力学,而器件性能部分包括开关比、擦写速度、擦写功耗、循环耐受性、数据保持特性以及器件小型化潜力.最后,对本领域的未来研究重点进行了展望.     

基于CeO2-x-TiO2薄膜厚度的数模阻变转换机理

采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_2-x-TiO₂薄膜,通过在CeO_2-x-TiO₂薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO阻变器件,采用XRD和XPS表征CeO_2-x-TiO₂薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明：阻变层中主要由TiO₂和CeO_2-x组成。与Al/CeO₂/FTO器件相比,Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_2-x-TiO₂厚度下的阻变器件进行电学分析,研究表明Al/CeO_2-x-TiO₂/FT...     

基于阻变效应非挥发性存储器的研究概述

随着半导体技术节点的推进,传统的半导体存储技术已经满足不了人们对便携式信息产品的要求.阻变式存储器(RRAM)作为一种新的存储技术,其器件具有结构简单、与CMOS工艺兼容、可高密度集成以及快速存储等优势,引起人们广泛的研究兴趣并成为国内外研究的热点领域.就目前RRAM器件的研究现状,从RRAM器件的基本工作原理、微观物理机制、实际应用所遭遇的挑战以及新型RRAM器件等方面进行了简要评述.     

柔性阻变存储器材料研究进展EI北大核心CSCD

本文简述了阻变存储器的基本结构、工作原理、发展历程和研究现状,归纳总结了柔性阻变存储器的材料体系,包括介质材料、电极材料和基底材料,以及柔性阻变存储器材料体系的总体趋势和最新研究进展;分析了柔性阻变存储器的性能特点,包括存储性能和力学性能。阐述了发展柔性阻变存储器的重要意义与面临的挑战,提出了该领域现在研究中存在的不足和未来需要进一步研究的方向。得出力学性能稳定的高电导可拉伸电极和存储性能稳定的可拉伸介质是柔性阻变存储器材料今后发展的主要方向。     

基于CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜厚度的数模阻变转换机理EI北大核心

采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜,通过在CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件,采用XRD和XPS表征CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明:阻变层中主要由TiO_(2)和CeO_(2-x)组成。与Al/CeO_(2)/FTO器件相比,Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度下的阻变器件进行电学分析,研究表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件在不同CeO_(2-x)-TiO_(2)膜厚下其低阻态呈欧姆导电机制。随着CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度的增加,高阻态的阻变机制会发生本质变化,器件的阻变机制从氧空位导电细丝机制转变为缺陷对电荷的捕获/释放机制。研究发现Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)界面处的AlO_(x)层是阻变机制转变的关键,AlO_(x)层的增厚使器件从“数字型”转变为“模拟型”。     

氧化镍溶胶-凝胶薄膜阻变特性研究

用溶胶-凝胶法在1TO基片上旋涂制备了NiO薄膜,通过对ITO/NiO薄膜/GaIn器件进行伏安特性测试,研究了溶胶浓度、退火、层数以及Cu掺杂等对其电学特性的影响.结果表明:所制备NiO薄膜具有良好可重复双极电阻开关特性.其中,2％Cu掺杂0.2 mol/L溶胶、双层、400℃退火1h制备的薄膜,阈值电压较低,约0.8 V;而开关比受以上因素影响不明显,约3× 102.分析发现薄膜高阻态的荷电输运符合空间电荷限制导电机制,而低阻态为欧姆特性,阻变开关机理为阈值电场及焦耳热导致的氧空位细丝的形成与断裂.     

缺陷对RRAM材料阻变机理的影响

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理和VASP仿真软件,分析了阻变随机存储器(RRAM)阻变效应的物理机制。对比计算了单斜晶相HfO2中Ag掺杂体系、氧空位缺陷体系和Ag及氧空位缺陷共掺杂复合缺陷体系的能带、态密度、分波电荷态密度面和形成能,结果表明在相同浓度下Ag掺杂体系能形成导电通道,而氧空位缺陷体系不能形成导电通道;共掺杂体系中其阻变机制以Ag传导为主,氧空位缺陷为辅,且其形成能变小,体系更加稳定。计算共掺杂体系的布居数和迁移势垒,得出在氧空位缺陷存在的前提下,Ag—O键长明显增加,Ag离子的迁移势垒变小,电化学性能增强。进一步计算了缺陷间的相互作用能,其值为负,表明缺陷间具有相互缔合作用,体系更加稳定。     

TiO_2薄膜元件阻变机理的模拟研究

基于密度泛函理论采用第一性原理对Ti8O16、Ti8O15和Ti8O14三种晶体结构进行电子结构的模拟计算。通过模拟结果的分析推断氧空位的作用:氧空位含量较少时,起捕获电子的作用;氧空位含量较多时,起构成导电细丝的作用;可得出Ti O2阻变机理受导电细丝理论和空间电流限制电荷效应控制的推论。参考模拟计算的结果,通过选择不同的反应磁控溅射镀膜工艺,控制薄膜钛氧比进而改变氧空位含量,可获得低阻态受氧空位导电细丝控制的阻变介质层。采用反应磁控溅射法制备以Ti O2薄膜为阻变层的阻变元件并研究其阻变机理,需要大量的实验以优化镀膜工艺参数,而采用计算模拟的方法探讨阻变机理则可以节约材料和时间成本。     

偏轴磁控溅射法外延BiFeO3薄膜的介电性能与阻变效应

利用偏轴射频磁控溅射法, 在(001) SrTiO₃(STO)单晶基片上制备了Pt/BiFeO₃/La_0.5Sr_0.5CoO₃/STO (Pt/BFO/ LSCO/STO)异质结电容器。研究了BiFeO₃薄膜的结构和物理性能。原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)分析表明: BFO薄膜结晶质量良好, 且为单相(00l)外延钙钛矿结构。介电性能测试结果发现: 在5 V驱动电压下, Pt/BFO/LSCO电容器呈现饱和的蝶形回线, 调谐率和介电损耗分别为14.1%和0.19。此外, 阻变机制研究表明: 在0→5→0 V正向电压和0→-5→0 V负向电压下, 阻变均为高阻向低阻转变规律, 呈现为铁电二极管的阻变开关行为。通过I-V曲线拟合, 得到0→5→0→-5 V时阻变机制为空间电荷限制电流陷阱能级的填充和脱陷, 而-5→0 V时符合界面限制的F-N隧穿机制。     

碳纳米管/炭黑/硅橡胶复合材料的压阻计算模型分析

以碳纳米管、炭黑为填料,硅橡胶为基体制备柔性压力敏感材料。将炭黑填充硅橡胶的压阻计算模型扩展应用于碳纳米管/炭黑/硅橡胶材料,研究了不同填料配比下的碳纳米管/炭黑/硅橡胶的渗流特性,并通过实验对计算模型进行了分析。结果表明,在碳纳米管/炭黑/硅橡胶体系中,选择适合的碳纳米管和炭黑组分配比,可获得较低的渗流阈值,且压阻实验结果与计算曲线偏差较小;由于碳纳米管和炭黑的协同效应和通用有效介质理论适用的边界条件,使得在碳纳米管/炭黑以一定的配比混合下,并用的导电填料体积分数略偏离阈值附近时,实验结果与计算模型曲线可以较好地吻合。     

Ge2Sb2Te5相变存储器导电机制研究

本文研究了Ge2 Sb2 Te5相变存储器的导电机制.本文考虑了实验中观察到的场致激活能的非线性下降以及结晶化后跳跃间距变大带来的影响,提出了一种有效导带底偏移模型,并在此基础上建立了修正的电流模型.计算结果表明,激活能随电压增加呈双曲余切的下降趋势,符合测量结果.该模型还包含了温度效应,结果表明跳跃间距与温度成反比....     

低密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/炭黑导电发泡材料的压阻特性

研究了低密度聚乙烯(LDPE)/乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)/炭黑(CB)导电发泡材料在压力作用下的导电行为。结果表明,LDPE/EVA/CB导电泡沫材料的渗滤阈值为21.6%。炭黑质量分数在20%~23%范围内,材料的导电性能与泡孔结构最佳。在压缩实验中,材料表现电阻负压力系数效应(NPCR)与电阻正压力系数效应(PPCR)。在定应变循环压缩实验中,压缩频率f=0.01 Hz比f=0.25 Hz的电阻变化更稳定,说明高频压缩易对导电网络造成破坏。每周期的电阻曲线均呈"w"型,说明NPCR向PPCR转变的行为可逆,该变化被认为与基体的压缩与泡孔壁的拉伸变形有关,由此提出导电泡沫材料压-阻特性模型。     

BiFe0.95Mn0.05O3薄膜阻变效应的空间电荷限制电流机理分析

研究了BiFe0.95Mn0.05O3薄膜器件的双极性阻变效应。通过对薄膜器件的电流电压曲线进行电导机制的拟合分析,发现在低阻态时其电流电压关系遵循欧姆定律,而在高阻态时则满足指数分布陷阱控制的空间电荷限制电流规律。同时,还研究了限制电流对双极性阻变效应的影响,结果表明通过调节限制电流值,可以改变薄膜内形成的导电丝粗细,从而得到不同的低阻态,实现薄膜器件的多态存储功能。在导电丝理论的基础上,利用指数分布陷阱控制的空间电荷限制电流机理对这一现象进行了详尽的阐述。     

低密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/炭黑导电发泡材料的压阻特性EI北大核心CSCD

研究了低密度聚乙烯(LDPE)/乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)/炭黑(CB)导电发泡材料在压力作用下的导电行为。结果表明,LDPE/EVA/CB导电泡沫材料的渗滤阈值为21.6%。炭黑质量分数在20%~23%范围内,材料的导电性能与泡孔结构最佳。在压缩实验中,材料表现电阻负压力系数效应(NPCR)与电阻正压力系数效应(PPCR)。在定应变循环压缩实验中,压缩频率f=0.01 Hz比f=0.25 Hz的电阻变化更稳定,说明高频压缩易对导电网络造成破坏。每周期的电阻曲线均呈'w'型,说明NPCR向PPCR转变的行为可逆,该变化被认为与基体的压缩与泡孔壁的拉伸变形有关,由此提出导电泡沫材料压-阻特性模型。     

铋掺杂对SrTiO3薄膜微观结构及阻变行为的影响

采用溶胶-凝胶及快速退火工艺在p+-Si上制备了Bi掺杂SrTiO_3薄膜,构建了Ag/Sr_(1-x)Bi_xTiO_3/p+-Si结构阻变器件,研究了Bi掺杂量对薄膜微观结构、器件阻变行为及特性的影响。结果表明:Bi掺杂量较低时并未改变Sr_(1-x)Bi_xTiO_3薄膜的相结构,但随着掺杂比例的增大,晶粒尺寸也明显增大,当掺杂量x=0.16时,有Bi4SrTi4O15及TiO2相形成;不同Bi掺杂量的Ag/Sr_(1-x)Bi_xTiO_3/p+-Si器件均呈现出双极性阻变特性,且有明显的多级阻变行为。随Bi掺杂量的增加,器件的阻变性能逐步提高,当x=0.12时器件的高、低阻态电阻比值最大,达到105左右,并且在2 000次可逆循环测试下,高、低阻态电阻比未出现衰减,表现出良好的抗疲劳特性,但当掺杂量x达到或超过0.16后,器件的性能呈下降趋势。Bi掺杂量的增大会导致器件高阻态时的导电机制从空间电荷效应(SCLC)导电机制(x0.16)转变为肖特基势垒发射(x=0.16)。器件在低阻态下均遵循欧姆导电机制。     

PbS量子点修饰中空CeO2复合微球及光催化降解罗丹明B性能研究

制备了PbS量子点(PbSQDs)修饰的中空CeO₂微球(PbS@h-CeO₂)。通过SEM、(TEM、XRD和XPS测试复合材料的形貌和结构,通过UV-Vis、电化学和稳态荧光测试其光电性能。结果发现,复合材料为直径约700～800nm的中空纳米微球。对复合材料进行光催化降解RhB的性能测试表明,PbS@h-CeO₂-30在30min暗吸附和150min可见光照条件下可去除78.4%的RhB,同样条件下h-CeO₂只能去除37%的RhB。结果表明,引入PbSQDs修饰h-CeO₂后,通过量子点调节光的吸收范围,提高光生电子-空穴的分离效率,从而提高光催化性能。最后推导出其催化增强机理。     

碳纳米管掺杂Fe3Al基复合摩阻材料的摩擦磨损特性研究

采用冷压烧结法制备了CNTs-Fe3Al基复合摩阻材料。经添加0.5%~5%CNTs、1%~5%Al2O3,研究了掺杂物含量及摩擦载荷对摩阻材料摩擦磨损性能的影响,并采用SEM对材料初始表面形貌及磨损形貌进行了观测。结果表明,随着CNTs及Al2O3含量的逐渐增加,磨损方式将由磨粒磨损向疲劳磨损转变。添加CNTs时,摩擦系数先降低后升高再降低;添加Al2O3时,摩擦系数不断升高。加入0.5%CNTs、3%Al2O3可制备平均摩擦系数0.7,硬度295.8HV的摩阻材料。     

(La2/3Ca1/3)(Mn(3-x)/3Fex/3)O3体系磁电阻行为的研究

通过系统地测量(La