金屬氧化物憶阻特性的增強與新型多功能生物憶阻器.pdf

1、隨著半導體技術的飛速發展，基于電荷存儲的存儲器尺寸已接近其物理極限，亟需尋找一種新型存儲技術突破此技術瓶頸。憶阻器以其獨特的非線性電學性質在基礎電路擴展、邏輯電路設計及生物仿真等領域具有廣泛應用，尤其是在存儲器的研究領域具有巨大的潛在價值。本文以金屬氧化物和DNA材料為基礎，結合激光分子束外延、熱蒸發和旋涂技術制備了Al/ZnO/ITO/glass、Al/ZnO/Ti/ZnO/ITO/glass、Al/Al2O3/Ti/Si、Al/Al

2、2O3/Ag NPs/Ti/Si、Al/ZnS/ITO/glass、Au/DNA/Au/Si等憶阻單元，研究了不同結構的憶阻性能并探索了其存儲機理。
　　主要工作如下：
　　1.通過激光分子束外延技術(laser molecular beam epitaxy，LMBE)在ZnO薄膜中嵌入 Ti納米層優化了器件的憶阻性能。CAFM測量結果顯示：Al/ZnO/Ti(2.5 nm)/ZnO/ITO/glass器件的高低電阻比率高達

3、103，室溫下的忍耐力循環測量超過300多次，器件放置106s后仍然具有良好的憶阻特性。并且嵌入合適厚度Ti納米層能夠減小器件的轉換電壓，增加高低電阻比。同時探索了Ti納米層的厚度和層數對憶阻行為的影響。憶阻器件在高、低電阻態下分別滿足 P-N發射和歐姆傳導規律，轉換機制由界面效應和氧空位導電絲共同控制。Ti納米層的引入，有效調控了薄膜中氧空位濃度的分布，減弱了導電絲形成和斷裂的隨機性，提高了器件的穩定性。
　　2.通過 Ag納米

4、顆粒修飾電極優化了Al2O3薄膜的雙極憶阻特性。首先采用LMBE和熱蒸發技術制備了基于Al2O3憶阻器件，研究了Al2O3厚度對Set電壓和高低阻值的影響。通過不同大小的Ag納米顆粒對電極進行修飾，發現14 nm的顆粒對電極修飾后的器件Set(Reset)電壓減小，高低電阻比提高到104，經過300次循環測量后，高低電阻值沒有明顯變化，且能夠保持106s以上，尤其是器件的穩定性有了較大提高。通過對器件的I-V曲線進行擬合發現，P-N發射

5、和氧空位導電絲機制可以對器件的憶阻性能進行合理解釋，電場的局部增強和非均勻分布是器件穩定性提高的主要原因。
　　3.研究了基于ZnS納米薄膜的負微分電阻和阻變行為。首先通過LMBE和熱蒸發技術制備了基于ZnS的納米薄膜器件Al/ZnS/ITO/glass，電學特性測量發現：循環電壓掃描時可獲得兩種穩定的阻值狀態，峰-谷電流比率超過10。適當地減小ZnS薄膜的厚度以及對器件進行400℃退火處理可有效地提高器件的峰-谷電流比率，優化器

6、件的阻變特性。最后結合多能谷散射理論，對ZnS器件的負微分電阻特性進行了合理解釋。
　　4.結合 LMBE和旋涂技術制備了DNA雙極憶阻器件，研究了不同條件下的憶阻行為。測量結果表明：器件的憶阻性能與DNA薄膜的層數有較強依賴關系，且傳導機制滿足空間電荷限制電流。通過對Au/(DNA)10/Au/Si器件進行循環測量發現，器件表現出較好的寫-讀-擦(write-read-erase)特性，且具有可重復的“一次寫入多次讀取再擦除”特