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金属-氧化物半导体结构构成的高低阻的转换器件是人们近十年来新兴研究的热点,这不仅是因为该类材料有着丰富的物理内涵,更为重要的是其在高密度、快响应电存储,以及微型电开关等方面有着广阔的应用前景。金属与氧化物接触时,由于金属与半导体的费米能级的差别会在两者界面处形成肖特基势垒,从而对系统电子输运起到了类似二极管的整流作用,小电压下表现出大电阻特征,而在外加较大场作用后导致界面附近发生氧化还原反应,以及相应大量局域的传导丝的形成与断裂,从而改变金属-半导体结构器件的阻态。人们通过各种实验手段直接或间接地证实了氧化还原反应的发生及局域传导丝的形成,同时也研究了金属半导体接触的输运性质及电容和肖特基势垒的变化。本论文主要研究了金属电极(Pt,Au,Ag)和氧化物半导体材料(SrTiO3薄膜、TiO2薄膜,SrNbxTi1-xO3单晶,其中x=0.001,0.01,0.02)接触的器件的输运、脉冲响应以及电致电阻转换效应。具体内容共分为三章章并分别概括如下:
第一章综述了金属-半导体器件电致电阻转换的研究进展,介绍了具有电致电阻转换性质的半导体材料种类及其晶体结构、主要输运物理机制、半导体材料电致电阻转换前后的结构变化图、基于肖特基势垒的传导丝模型的理论进展和实验研究结果。
第二章详细研究了Pt/Ag-SrNbxTi1-xO3,(x=0.001,0.01,0.02)的输运和基于肖特基势垒的脉冲响应特性,电致电阻转换实验的测量模式和测量方法,以及电容在发生电致电阻转换前后的变化规律。电流-电压输运曲线表明整流特性来自于肖特基势垒内建场随电压的变化,发现了对于Ag/SrTiO3:Nb结,电阻转换时间可以短至5纳秒。
第三章制作了SrTiO2-xx和TiO2薄膜,测量了Pt-SrTiO3-x的输运和脉冲响应特性,讨论了有关输运和电致电阻现象。