钛酸钡薄膜的阻变开关现象和负微分电阻现象的研究

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1、ResearchonresistanceswitchingandNegativeDifferentialResistanceeffectinBaTi03filmADissertationSubmittedtotheGraduateSch001ofHenanUniversity—inPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByGuangYangSupervisor：Prof．ZhangWeifengAssociateProf．JiaCaihongSchoolofPhysicsandEl

2、ectronicsHenanUniversityMaV2014关于学位论文独立完成和内容创新的声明fUIIllUIIllIIIIIIIIUlY2543585本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交酌学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢酌地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确酌说明并表示了谢意。学位申请人(学位论文作者)簦名：：垂立貔20lq年多月加日

3、关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使闸学住论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信，包机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文(纸质文本和电子文本)以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩即、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文(纸质文本和电子文本)。(涉及保密内容的学住论文在解密后适用本授权书)学位获得者(学位论文作者)签名：拯犯：20J哔年6月罗日学位论文指导教师釜名：20J摘要当今世界信息技术的快速发展离不开

4、非易失性存储器件性能的不断提高。为了获得性能更加优异的新型存储器，大量的研究者都在寻找常规存储器的替代品。在研究中发现，许多氧化物材料中都存在有电阻开关的现象，大部分都具有能够应用于非易失性阻变存储器(ReRAM)中的应潜能。其中传统的非易失性存储器的机制可以分为两类，一类是离子机制，一类是电子机制，和离子机制相比较，电子机制的阻变效应占据着主要的位置。但是一般的电阻开关的电子机制都与器件的缺陷有关，而缺陷是不容易控制的，这也是传统的阻变开关材料没有实现广泛商用的原因之一。在这个时候铁电材料进入我们的视野，最近几年对铁电薄膜的制备、性能和应用的研究，以及利用铁电材料的铁

5、电性质控制阻变开关的特性己经成为了新功能材料研究的一个热点。钛酸钡薄膜作为一种典型的铁电材料而受到广泛的关注。一些有趣的现象发生在钛酸钡薄膜的电子运输的过程中，比如：可切换的二极管效应，欧姆接触到肖特基接触的转变，双极性的阻变开关现象，磁电耦合现象，以及利用铁电的极化性质来控制阻变开关性质的现象。而通常伴随着这些现象的发生会出现负微分电阻现象。这种负微分电阻现象也会出现在其他的一些材料体系中，比如：双重的量子阱，超晶格，和一维系统当中。但是负微分电阻现象的微观机制到目前为止还存在着很大的争议。目前学术领域有着各种各样的微观机制用来解释阻变开关现象，包括：氧空位的迁移机制

6、，电荷俘获和去俘获机制，导电细丝机制等等，但是以上的这些机制都很难解释负微分电阻效应，基于这种背景我们对钛酸钡铁电薄膜的阻变开关性质和负微分电阻性质进行了研究，并且我们的研究得到了一些有意义的结果，主要结果如下：在铁电材料当中钛酸钡材料(BaTi03)是一种非常典型铁电材料。采用激光脉冲沉积技术，在不同的氧压条件在导电玻璃(FTo)衬底上生长钛酸钡(BTO)铁电薄膜。XRD0-20扫描结果显示出在FTO衬底上生长出了质量较好的BTO铁电薄膜，通过直流溅射工艺在BTO表面镀上直径为0．001cm的电极，制备出了Au／BTO／FTO的器件。之后利用Keithley2400对

7、该器件进行I．V扫描，在扫描过程中发现在负电压区域会有负微分电阻的现出，并且该现象的出现于正电压有着密切的关系。为了寻找出负微分电阻现象出现的原因和该现象与正电压保持着何种关系，于是我们对该Au／BTO／FTO器件进行了铁电性质，DLTS以及脉冲电压测得的研宄。经观察发现，器件的负微分电阻现象在不同的脉冲宽度和脉冲强度下都会受到影响。与此同时，引入了界面态机制来解释该器件的阻变开关现象和负微分电阻现象，利用Au／BTO界面间的施主型界面态对电子的俘获与去俘获模型完好的解释了该现象。在测试当中给予该器件上施加不同大小的正偏压，发现其电阻会相