TiHfO-2Pt阻变存储单元中氧空位聚簇分布

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1、物理学报ＡｃｔａＰｈｙｓ．Ｓｉｎ．Ｖｏｌ．６４，Ｎｏ．２０（２０１５）２０７３０２＊ＴｉＨｆ０Ｐｔ阻变存储单元中的氧空位聚簇分布／２／蒋然ｔ杜翔浩韩祖银孙维登山东大学物理学院南２５０１００，济）（２〇１５年４月３日收到；２〇１５年６月２４日收到修改稿（）为了研宄阻变存储器导电细丝的形成位置和分布规律使用Ｘ射线光电子能谱研宄了ＴｉＨｆ０２Ｐｔ，／／阻变存储器件单元中Ｈｆ４ｆ的空间分布．通过测试器件单元具有典型的，得到了阻变层的微结构信息，得到该阻变特性ｆ４ｆ的不同深度测试通过针对Ｈ，发现处于低阻态时

2、，随着深度的增加，化学组分单调地减小；；而处于高阻态和未施加４—电压前该组分呈现波动分布通过Ｈｆ在高阻态和低阻态下组分含量以及电子能损，；＾组分的平均含量要高于低阻态失谱分析，得到高阻态下Ｈｆ另外，高阻态和低阻态下的０Ｉｓ谱随深度的演；＋一变也验证了１１户的变化规律．根据实验结果提出了局域分布的氧空位聚簇可能是造成这现象的原因．空，位簇间的链接和断裂决定了导电细丝的形成和消失．由于导电细丝容易在氧空位缺陷聚簇的地方首先形成，一这研宄为导电细丝的发生位置提供了参考．关键词：Ｈｆ０２氧空位，导电细丝阻变存储器，，ＰＡ

3、ＣＳ：７３．４０．Ｒｗ７３．４３ＣｄＤＯＩ：１．．．２．０７４９８ａｐｓ６４０７３０２，／场下形成的电子缺陷等．在这些机理中１？０中，２的阻变行为更广泛地被归因于电场作用下导电细１弓｜言１７１８丝的形成和破坏［，］这种解释．基于细丝机理的因为具有十分简单的结构、可靠的阻变耐受性通常假定或不考虑在ＲＲＡＭ中分布在阻变层内（）１２丨’］ｒｅｓ和多位存储的优势等器ｉｓｔａｎｃｅ，阻变存储（部（不包含界面）的氧空位是理想的均匀态？这有一ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒＲＲＡＭ逐渐成为下代一ｙ，）助于模型

4、的建立但是这引出个问题：均匀分布，非挥发性存储器中的研宄热点．阻变效应的材料的氧空位状态下如何确定阻变层内部导电细丝的，３’４［］种类可以分为固体电解质材料、钙钛矿氧化阻变层起始形成位置．金属／氧化物）界面最近受（５６７８，，［】［】物、过渡金属二元氧化物等？在众多的阻到关注并被认为可能是导电细丝形成的起因．但，变材料中，由于过渡金属二元氧化物具有组分结是细丝在氧化物内部阻变层的主体如何选择生，（）构简单“”、制备成本低等优点而成为研宄的重点．长路径于．，尚依赖随机的解释另外，最近报道￥ｎＡｌ２〇３ＣｕＯＴａ２

5、０５Ｔｉ０２Ｗ０３Ｈｆ０２Ｖ０２，，，，，，将阻变层制备为高缺氧状态，阻变发生在金属电极一Ｈ等在系列适用的阻变层材料中，ｆ０２因和阻变层界面几个纳米的范围内并据此说明高缺，具有与互补金属氧化物半导体工艺的良好兼容更氧的氧化物薄膜内部仅仅作为氧空位的提供者导，１４＿１６［】是受到广泛的关注．Ｈｆ０２与Ｐｔ结合被认为电细丝仅形成于界面处的很窄的范围．但是高度，是一种双极性阻变的过渡金属氧化物其变化方缺氧的氧化物薄膜在报道中己经显示了金属化的，向依赖于偏压的极性，目前双极性阻变的机理目特性，从绝缘阻变层的实

6、际应用角度，需要更多地前还存在着争议．已提出了多种模型比如电荷陷关注理想配比制备条件下的１？０化学结构．本文，２－ｒａｏｔｏｅｃｔｎｍ阱俘获／释放、导电细丝形成、极化子无序转变、电通过使用Ｘ射线光电子能谱（Ｘｙｐｈｌｅ＊国家自然科学基金（批准号：１１３７４１８２）、山东省自然科学基金（批准号：ＺＲ２０１２ＦＱ０１２）和济南市高校院所自主创新项目（批准号：２０１３０３０１９的课题．）资助￣ｍａｌａｎｒａｎ＠通信作者．Ｅ．．ｃｔｉ：ｊｉｇｓｄｕｅｄｕｎ？２０１５中国物理学会ＣｈｉｎｅｓｅＰｈｙｓｉｃａｌＳ

7、ｏｃｉｅｔｙ２０７３０２－１物理学报ＡｃｔａＰｈｙｓ．Ｓｉｎ．Ｖｏｌ．６４，Ｎｏ．２０（２０１５）２０７３０２ｓｅｃｔｒｏｓｃｏＸＰＳ研宄Ｈｆ４ｆ的空间分布阻其中１９．６５和１５．９８ｅＶ４ｆ５和金属Ｈｆ的ｐｐｙ，得到分别是Ｈｆ，）２／变层的微结构信息．并提出氧空位不均匀局域分布位置．品红线代表另外的Ｈｆ价态中不完全氧化１９２Ｑ，下形成的聚簇临近聚簇间的链接断开决定了相态ｌｌ综合分析图２可以看出深度的增加，随着，／，应细丝的形成破坏，同时聚簇确定了细丝的起始／－形成位置．１〇＜

8、￣３１０ＱＩ２＾ＲＥＳＥＴ＞２器件制备＂６１０５ｒ＆－ｉ８０ｎｍＰｔ通过电子束蒸发Ｅｄｗａｒｄｓ５０６ｉ〇的