【正文】 的耗盡層產(chǎn)生正電荷，有效遂穿層厚度變薄，電子遂穿過勢壘概率增大，電阻變小；外加負壓時，電子與空位復(fù)合，自由電子減少，有效遂穿厚度變大，電阻變大。圖4 注入Zr+器件的IV曲線[14] SV理論Simmons和Verderber研究了Au/SiO2/Al結(jié)構(gòu)的電阻轉(zhuǎn)變行為，在1967年提出SV理論，用于解釋在SiO2薄膜中出現(xiàn)的負阻現(xiàn)象。2 RRAM阻變機制阻變式存儲器(Resistive random access memory, RRAM)是以材料的電阻在外加電場作用下可在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的一類非揮發(fā)存儲器。(3) 能耗低，除了讀取以及存儲周期外，幾乎沒有能量損耗。但隨著集成電路工藝32 nm技術(shù)節(jié)點的來臨，傳統(tǒng)的F1ash非揮發(fā)性存儲器遇到了一系列的問題。本文重點通過典型阻變材料摻鑭的鈦酸鍶薄膜的溶膠凝膠法制備和其阻變性能測試結(jié)果，并介紹目前關(guān)于RRAM機理的一些理論模型(導(dǎo)電細絲(filament)、空間電荷控制電流效應(yīng)(SCLC)、SV理論、肖特基發(fā)射效應(yīng)(Schottky emission)以及普爾法蘭克效應(yīng)(Pool Frenkel) )及其集成技術(shù)，展示鈦酸鍶材料在制造RRAM所具有的巨大潛力。下一代存儲器的候選者必須具有以下特征：可縮小性好、存儲密度高、功耗低、讀寫速度快、反復(fù)操作耐受力強、數(shù)據(jù)保持時間長、與CMOS工藝兼容等。鈣鈦礦類氧化物材料的成分較復(fù)雜，難以得到精確化學(xué)比的晶體結(jié)構(gòu)，材料與器件的制備工藝與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容性不好，在一定程度上將阻礙其發(fā)展和應(yīng)用。目前已經(jīng)有大量實驗證明了導(dǎo)致薄膜發(fā)生阻變現(xiàn)象的原因之一就是導(dǎo)電細絲機制。從高阻到低阻的轉(zhuǎn)變需加電壓至Vth，使局域態(tài)能帶頂駐留的電子在電場的作用下被釋放出來，SiO2材料重新回到低阻態(tài)。圖8 MIM測試器件結(jié)構(gòu)示意圖3 摻鑭的鈦酸鍶薄膜的制備 鈦酸鍶簡介鈦酸鍶(SrTiO3) [19]是一種典型的ABO3鈣鈦礦型化合物， nm，室溫介電常數(shù)K為300， eV，具有很高的介電常數(shù)，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、絕緣性和泄露電流密度較小等特性。主要實驗設(shè)備與分析儀器如下表：表4 主要實驗設(shè)備與分析儀器設(shè)備與儀器型號與主要參數(shù)電子天平CTC435D型， g恒溫磁力攪拌器H011C型，勻膠機SC1B型快速退火爐RTP500型超聲清洗儀SK32102HC雙頻清洗儀具體的式樣如圖9圖9 配制前驅(qū)液用到的儀器，(a)電子天平， (b)磁力加熱攪拌器， (c)臺式勻膠機， (d)超聲波清洗器， (e)快速退火爐 薄膜樣品制備表5 實驗所需材料列表名稱分子式規(guī)格純度分子量性狀乙酸鍶SrC4H6O4配制前驅(qū)體溶液(1) 電子天平進行水平校準(zhǔn)，調(diào)零，清零；(2) 按計算出的質(zhì)量稱取定量的乙酸鍶晶體；(3) 電子天平清零后，稱取定量的硝酸鑭粉末；(4) 用適量的冰醋酸和乙二醇甲醚溶解上面的兩種種物質(zhì)，磁攪拌至全溶，配成a溶液；(5) 然后稱取定量的鈦酸四丁酯，滴入幾滴乙酰丙酮做穩(wěn)定劑；(6) 滴加適量的冰醋酸磁攪拌均勻，配成b溶液；(7) 然后將b滴加到a溶液中，加冰醋酸稀釋至15 ml；(8) 把最后配成的溶液稱放5~7天至完全反應(yīng)， mol/L的La:STO前驅(qū)體溶液。如濃度太大，則勻膠時溶液難以充分鋪展，得到的薄膜均勻性較差，熱處理過程中易龜裂。圖14 (a) Pt/ La ,(b) Unipolar 開關(guān)行為設(shè)置Icc=1 mA，增大掃描電壓 3 V→0 V→3 V →3 V，如圖15，有一個electroforming過程[23]，重新設(shè)置Icc= mA，如圖15 (a)，發(fā)現(xiàn)在低電壓下(16過程)展現(xiàn)了Bipolar特性，而大電壓下又有Unipolar的Set (78)過程。摻雜1%的La元素，取代A位置的Sr，器件在低的限制電流Icc ( mA)，展現(xiàn)出Bipolar，增大限制電流后，薄膜軟擊穿，呈現(xiàn)Unipolar性質(zhì)。 三、進度安排序號各階段完成的內(nèi)容 完成時間1搜集資料1月20日~3月5日2鉆研資料并制定實驗計劃3月6 日~4月5日3做實驗并整理實驗數(shù)據(jù)4月6日~5月6日4撰寫論文5月7日~5月17日5修改論文并制作ppt5月18日~5月29日6答辯5月29日四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻[1] S. Kim, H. Moon, D. Gupta, S. Yoo and Y. K. Choi. Resistive switching characteristics of solgel zinc oxide films for flexible memory applications [J]. IEEE Electron Device Lett., 2009, 56(4): 696699. [2] 左青云, 劉明, 龍世兵等, 阻變存儲器及其集成技術(shù)研究進展 [J]. 微電子學(xué), 2009, 39(4):546. [3] D. S. Shang, J. R. Sun, L. Shi and B. G. Shen. Photoresponse of the Schottky junction Au/SrTiO3:Nb in different resistive states [J]. Appl. Phys. Lett., 2008, 93: 102106. [4] 王永, 管偉華, 龍世兵, 劉明, 謝常青, 阻變式存儲器存儲機理 [J]. 物理, 2008, 37(12). [5] 季振國, 基于金屬氧化物薄膜的電阻式非揮發(fā)性隨機存儲器 [J]. 無機材料學(xué)報, 2009, 2(4). [6] X. W. Sun, G. Q. Li, X. Zhang, L. H. Ding and W. F. Zhang. Coexistence of the bipolar and unipolar resistive switching behaviours in Au/SrTiO3/Pt cells [J]. J. Phys. D: Appl. Phys., 2011, 44: 125404. [7] 李穎弢, 劉明, 龍世兵, 劉琦等, 基于IV特性的阻變存儲器的阻變機制研究 [J]. 微納電子技術(shù), 2009, 46(3). [8] 劉超, 李建平, 曾一平, 溶膠凝膠工藝制備SrTiO3納米薄膜的研究 [J]. 半導(dǎo)體技術(shù), 2005, 30(5). [9] W. Shen, R. Dittmann and R. Waser. Reversible alternation between bipolar and unipolar resistive switching in polycrystalline barium strontium titanate thin ?lms [J]. J. Appl. Phys., 2010, 107: 094506. [10] T. Menke, P. Meuffels, R. Dittmann, K. Szot and R. Waser. Separation of bulk and interface contributions to electroforming and resistive switching behavior of epitaxial Fedoped SrTiO3 [J]. J. Appl. Phys., 2009, 105: 066104. 湘 潭 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 摻鑭的鈦酸鍶薄膜的阻變性能研究 評價項目評 價 內(nèi) 容選題，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達到綜合訓(xùn)練的目的；、份量是否適當(dāng)；、科研、社會等實際相結(jié)合。同意其參加答辯，建議成績評定為 。最后衷心感謝我的父母，他們在精神和經(jīng)濟上給予了我最大的幫助，他們的關(guān)愛、理解和鼓勵是我前進的動力。綜合上述材料得出以下幾點結(jié)論：阻變存儲器集聚了下一代隨機存儲器的多個突出優(yōu)點，有成為下一代核心內(nèi)存和存儲器的巨大應(yīng)用潛力，是目前新型存儲器的一個重要研究方向。圖13 La:SrTiO3薄膜的AFM圖 La:SrTiO3的電學(xué)性質(zhì)的測量用Keithley 4200進行雙極性質(zhì)的測量器件的Bipolar開關(guān)性質(zhì)， mA， mA，1 mA，掃描電壓方向為3 V→0 V→3 V→3 V，如圖14 (a)。C下熱解300 s左右以去除殘留有機物；重復(fù)上述過程2次得到所需厚度的非晶薄膜。(2) 然后依次用去離子水、酒精利用SK32102HC超聲波清洗儀對器材進行超聲清洗，然后用去離子水沖洗干凈。然后利用退火技術(shù)，把無機非晶膜在高溫過程中結(jié)晶得到最終晶態(tài)薄膜。表2 各種電阻轉(zhuǎn)變機制的電流電壓特性關(guān)系機制電流電壓特性Filament理論,跟電極面積無關(guān)SCLC理論SV理論具有負阻特性PF理論肖特基發(fā)射理論，與電極材料和面積有關(guān) RRAM器件結(jié)構(gòu)RRAM器件結(jié)構(gòu)為金屬氧化物金屬三明治結(jié)構(gòu)，其上下電極之間是能夠發(fā)生電阻轉(zhuǎn)變的阻變層材料。而在能帶彎曲的Ⅰ區(qū)，由于陷阱能級的差異，導(dǎo)致了隧穿難度的加大，因此有少量電子駐留在這里。目前的阻變存儲器主要有兩種類型，圖2(a)單極型和(b)雙極型。RRAM優(yōu)點如下圖：圖1 RRAM的優(yōu)點[5] RRAM阻變材料的種類RRAM器件結(jié)構(gòu)包含上下電極和中間阻變層材料，選擇不同的材料組合，器件的性能和參數(shù)會有很大的差異，阻變層材料是RRAM器件的核心。然而，在未來常規(guī)存儲器件特征尺寸的進一步縮小將會面臨大量來自于傳統(tǒng)工作模式、傳統(tǒng)材料乃至傳統(tǒng)器件物理基礎(chǔ)等方面的問題。畢業(yè)論文題 目：摻鑭的鈦酸鍶薄膜的阻變性能研究目 錄摘要…………………………………………………………………………………...………1Abstract……………………………………………………………………………….………1關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………...………1Keywords………………………………