新型阻变存储器用铁酸铋薄膜阻变性能与机理的研究

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1、中文图书分类号：TN384密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：新型阻变存储器用铁酸铋薄膜阻变性能与机理的研究论文作者：张迎俏学科：电子科学与技术指导教师：朱慧副教授论文提交日期:2017年5月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN384学号：S201402016密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：新型阻变存储器用铁酸铋薄膜阻变性能与机理的研究英文题目：INVESTIGATIONOFTHEPROPERTIESANDMECHANISMOFBI

2、FEO3THINFILMSFORRESISTIVERANDOMACCESSMEMORY论文作者：张迎俏学科专业：电子科学与技术研究方向：新型微电子器件与可靠性申请学位：工学硕士指导教师：朱慧副教授所在单位：信息学部微电子学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同

3、志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：张迎俏日期：2017年04月27日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：张迎俏日期：2017年04月27日导师签名：朱慧日期：2017年04月27日摘要摘要新型阻变存储器（RRAM）因其高存储密度、低功耗、结构简单且可与CMOS工艺相兼容等优点被公认是

4、下一代非挥发性存储器之一。铁酸铋作为具有阻变效应的材料之一，因其大的高低阻比与非挥发性，且同时兼具铁电性、介电性、磁电耦合特性等而备受世界瞩目。目前铁酸铋薄膜中的阻变效应根本物理机制并不明确，制约了其阻变存储器的商业化，世界各国研究学者们分别从实验与机理上对铁酸铋薄膜的阻变效应展开了大量的研究。本文主要对铁酸铋薄膜的阻变性能进行研究，对阻变效应的阻变机制与导电机制进行深入分析，进一步研究铁电极化对阻变性能的影响，以加深对其输运机理的认识，为其阻变存储器的商业化打下坚实基础。具体内容如下：（1）实验样品为阻变存储器基本存储单元A

5、u/BiFeO3/SrRuO3三明治结构。XRD测试结果表明实验样品为具有良好结晶率的单晶样品，晶格取向为（100）。根据XRD结果计算其晶格畸变程度确定样品存在残余拉应力；电滞回线测试结果表明实验样品具有良好的铁电性，高的剩余极化，但其不对称正负矫顽电压说明样品存在印记效应；不同时间的剩余极化测试结果表明实验样品具有良好的保持特性，即非挥发性。（2）对样品施加不同外加电场，测量其I–V曲线来表征样品的阻态变化，结果表明样品在正向电压下从高阻向低阻转变，负向电压下从低阻向高阻转变，其最高高低阻比可达103。对I-V曲线进行不同

6、导电机制拟合，结果表明样品的导电机制为陷阱填充控制的空间电荷限制电流导电；阻变机制为陷阱的填充和脱陷，即陷阱能级填充程度的不同导致电极与铁酸铋界面势垒高度不同从而导致薄膜阻值的变化。此外，通过实验研究发现，浅能级陷阱的填充在断电后并不能保持，样品重回高阻态；深能级陷阱的填充可使样品在断电后保持在低阻态。（3）为了探究极化对样品阻变性能的影响，采用未极化原始样品与不同极化程度样品进行对比。阻变曲线的对比表明完整一圈的极化会使转变电压VSCL增大，高低阻比增大；进一步进行热激电流温度实验，极化后低阻态样品陷阱能级被捕获的电荷被热激

7、发出来形成电流，实验后样品重回高阻态，而未极化高阻态样品不存在热激发电流，对比结果进一步证明样品的阻变机制为陷阱电荷的填充和脱陷，且完整一圈的极化可增加样品中的陷阱数量；实验发现不同极化状态，样品可表现出相同的低阻态，提供了一种小电压下达到高阻的方法，进一步对该实验条件样品进行阻变保持性能的测试，其保持能力并不相同，说明极化对其阻变保持产生影响。I北京工业大学工学硕士学位论文关键词：阻变存储器；铁酸铋薄膜；阻变效应；空间电荷限制；陷阱电荷填充与脱陷IIAbstractAbstractResistiverandomaccessm

8、emory(RRAM)hasbeenrecognizedasoneofthenextgenerationnon-volatilememoryduetoitshighstoragedensity,lowpowerconsumption,simplicityofthestruct