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阻变存储器(Resistiance random access memory,RRAM)由于具有结构简单、读写速度快、尺寸小、数据保持时间长等优点,引起了人们的极大关注,成为最具潜力的非挥发性存储器。为了进一步提高RRAM器件的存储密度,利用电场同时调控RRAM器件的阻变性能和磁性已经成该领域的研究热点。近年来,由于在自旋电子学领域的潜在应用,石墨烯及其衍生物的研究备受关注。与没有带隙的石墨烯不同,氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)因含有羧基(-COOH)、羧基(-C=O-)、环氧基(-CH(O)CH-)、羟基(-OH)等含氧官能团而呈现绝缘/半导体性质,不仅使其成为一种优良的阻变材料,并且赋予其磁性。至今,利用电场同时调控其阻变和磁性的研究甚少。因此,本文分别以GO单层膜和GO/Gd203双层膜为阻变介质层,研究了相应RRAM器件的阻变性能和磁性,并初步探讨了阻变和磁变机理。主要结论如下:(1)采用匀胶机旋涂技术在ITO基底上制备了一系列GO薄膜。通过研究不同GO分散液浓度和不同旋涂速度对GO单层膜阻变性能的影响,找到了最佳的分散液浓度和旋涂速度。在此基础上,本文研究了外电场对GO单层膜磁变的影响。研究结果表明,Ti/GO/ITO器件具有阻变伴随磁变的现象,磁性变化规律为高阻态(High resistance state,HRS)>初始态(Initial state,IS)>低阻态(Lowresistance state,LRS),且不同电阻状态都表现为顺磁性。根据文献报道,我们认为外电场作用下GO介质层中氧离子的迁移是Ti/GO/ITO器件阻变和磁变的主要原因。在外加电场作用下,GO薄膜层和ITO中的氧离子向顶电极方向迁移,GO层中由于氧离子的减少形成了 SP2团簇导电细丝,器件从高阻态转变为低阻态,器件磁性降低。在反向电场作用下,GO薄膜层由于氧离子的回迁增多,SP2团簇细丝断开,器件回到了高阻态,磁性变强。(2)通过蒸镀法在旋涂的GO单层薄制备了四种不同的顶电极,得到了相应的器件 X/GO/ITO(X=Au,Ag,Cu,A1),对比研究了不同顶电极(X=Au,Ag,Cu,A1)对GO薄膜阻变性能的影响。研究结果表明,先施加正向偏压时,四种器件仅在负向出现了一个高、低阻变的回滞窗口;但先施加负向偏压时,四者均呈双极阻变,随着负、正偏压的交替施加,双极阻变稳定循环。相对比而言,四种器件的阻变比率随着顶电极的变化而改变,Au/GO/ITO器件的阻变比率最大(13倍),Ag/GO/ITO(9倍)和Cu/GO/ITO器件次之(7倍),Al/GO/ITO器件最小(4倍)。我们认为氧离子的迁移是导致GO薄膜内SP2细丝的通断主要原因,但相对于易氧化的A1和Cu电极而言,Au、Ag惰性电极在阻变过程中不易吸收氧离子,提高了 GO薄膜高阻态的电阻,从而增大了相应器件阻变比率。(3)在Pt基底上沉积了 GO/Gd2O3双层膜薄膜,研究了 GO/Gd2O3双层膜阻变性能和磁性。相对于GO单层膜的Ag/GO/Pt器件而言,Ag/GO/Gd2O3/Pt器件在较小的触发电压下具有明显的双极阻变现象。在外加电场的作用下,Ag/GO/Gd203/Pt器件高低阻态转变伴随着其磁性强弱的变化,磁性变化规律为:高阻态(HRS)>初始态(IS)>低阻态(LRS)且在高阻态具有了明显的回滞窗口,实现了从顺磁性到弱铁磁性的转变。推测可能是由于在Ag/GO/Gd2O3/Pt器件阻变过程中,富含氧离子Gd2O3薄膜能够为GO薄膜提供大量的氧离子,起到了储氧层的作用。当在顶电极施加负向偏压时,带有负电荷的氧离子从GO介质层向着GO/Gd2O3界面层迁移,并与Gd203薄膜中的氧空位结合,使得GO层中的含氧量降低从而形成SP2团簇导电细丝,器件触发至低阻态;同时由于GO介质层中含氧官能团数量的减少,磁性降低。当施加正向电压时候,不仅GO/Gd2O3界面处的氧离子返回到GO介质层,而且富含Gd2O3内部的氧离子也会向GO介质层迁移,使得GO介质层的含氧基团急剧增多,SP2团簇导电细丝断裂,整个器件回到高阻态;同时,随着GO介质层内含氧基团的增多,其磁性增大,而且由于此时GO介质层的氧化程度高于初始态,所以磁性最强。