钙钛矿锰氧化物电致电阻机制理论研究

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本论文在漂移-扩散的模型基础上,讨论了氧化物薄膜电致电阻效应的理论机制。我们利用数值计算方法,研究了钙钛矿锰氧化物材料内部的氧空位缺陷的作用和其浓度对电致电阻效应的影响。随后,我们对简单三明治体系进行结构设计,制备了多层膜结构,发现在界面效应起主要作用的体系中,在其界面处加入低掺杂,低介电常数的薄膜层,可以增大高、低阻态的比值,提高电致电阻效应,并通过理论数值计算的方法详细的研究了多层膜结构的中间夹层的作用。  1.在漂移-扩散模型的基础上,我们探讨了氧空位浓度对电致电阻效应的影响。氧空位作为n-型掺杂杂质,会影响薄膜的掺杂浓度;会在带隙中引入杂质能级,从而减小禁带宽度;而氧空位又会产生杂质散射,会降低载流子的迁移率。我们从以上方面来研究氧空位浓度对Au/LaMnO3界面肖特基势垒的影响,并假设在电场的作用下,氧空位在界面和体区之间的移动,改变界面电阻值,而使体系整个的电阻值发生改变。计算所得的I-V曲线与实验数值有很好的符合,也证明了我们的猜想。  2.在Pt/Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)/SrNb0.01Ti0.99O3(SNTO)结构中我们假设氧空位在PCMO/SNTO界面附近的运动,从而改变界面的耗尽层性质,导致体系的电致电阻效应。为了增大体系的电致电阻性质,我们在PCMO和SNTO中间置入一层La0.6Pr0.4MnO3(LPMO)薄膜,制备出了Pt/PCMO/LPMO/SNTO结构。根据数值计算结果显示,在整个的LPMO层形成了带负电的空间电荷区域,并且LPMO的电场强度得到增强,其中电场方向与氧空位的运动方向相同,这样就会使更多的氧空位运动到界面,并且能将氧空位束缚在界面,使界面性质发生更大的改变,从而导致了更显著的电致电阻效应。为了验证LPMO的作用,我们还制备了Pt/LPMO/PCMO/SNTO结构,将LPMO薄膜置于Pt和PCMO之间,发现尽管其电致电阻效应有提高但不如Pt/PCMO/LPMO/SNTO结构明显。这些研究结果对于理解多层膜的电致电阻效应和多层膜电阻存储器件将提供一定帮助。  
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