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利用脉冲激光沉积法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上系统制备了Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)薄膜,研究了生长条件和项电极对PCMO薄膜电致阻变效应的影响。论文的安排如下:
在第一和第二章中分别介绍了电致阻变效应的研究背景和各种实验方法,包括材料的制备方法、表征手段和电学性能的测量方法等基本原理和实验参数。
第三章详细描述了Ag/PCMO/Pt异质结中的低阻变电压现象。±0.3 V偏压扫描范围下在足氧样品中观察到了在正偏压区+0.1V、负偏压区-0.2V左右的较低阻变电压。此时的高阻态电阻为164Ω,低阻态电阻为23Ω,电阻比约为7。异于以往的结论,我们异质结在高低阻态下的/-V行为都表现出很好的线性关系,排除了电阻转变由肖特基势垒控制的可能性。当扫描范围增加到±1V时,低阻态阻值基本不变为21Ω;而高阻态阻值则显著增大至8.4 kΩ,电阻比增大为400。笔者发现,较低的阻变电压和大扫描范围下电阻比提高这两个现象均能用电场作用下PCMO界面缺氧薄层内的氧离子迁移机制进行很好地解释。
第四章系统研究了顶电极对异质结的阻变效应的影响。通过比较Ag、Au、Cu和Al四种顶电极构成的异质结结电阻的大小,发现结电阻大小与顶电极对应氧化物的形成自由能定性相符,表明异质结电学特性受界面顶电极氧化物控制。这一推断得到了透射电镜的支持,在Al/PCMO的界面确实发现了非晶AlOx层的存在。在活泼的Al顶电极样品中观察到了很多不同于惰性顶电极样品的异常行为,包括:相反的回滞方向、更大的结电阻、更慢的阻变速度、低阻态驰豫等现象。同样地借用氧离子迁移机制,利用活性顶电极金属和PCMO之间在电场诱导下发生的氧化和还原反应很好地解释了上述实验现象。
第五章则研究了PCMO异质结在单一极性偏压控制下的电阻转变行为。通过调节沉积氧压和衬底温度,得到了一系列电阻率的PCMO层。在PCMO层上生长Ag、Au、Cu和Al四种金属材料作为顶电极构成非对称的电极结构,研究了这些异质结的/-V特性演化以及软击穿特性。结果表明,只有在适当低氧压或(和)低衬底温度条件下,具有适中电阻率的PCMO膜才具备低电压击穿特性。笔者在上述四种电极材料构成的异质结中均观测到了fuse-antifuse型的由单极性偏压控制的可重复电阻态转变。通过调节PCMO中间层的电阻率能得到fuse-antifuse型的材料这一事实,表明单极阻变现象主要由中间层来控制,对电极结构的依赖性不大。
最后一章对全文进行了总结,对未来的研究做了一个简单展望。