【摘 要】
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阻变随机存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)作为一种新型非挥发性存储器,具有结构简单、读写速度快、存储密度高、功耗低等优势,是国际存储技术领域的前沿与热点之一。钙钛矿薄膜材料是阻变存储器的常用材料,其中铁酸铋和钨酸铋薄膜材料在具有较大高低阻开关比的同时还兼具铁电特性,在阻变和铁电存储器研究领域备受瞩目。目前,由于对阻变存储器的阻变机制和失效机理的研究尚未
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阻变随机存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）作为一种新型非挥发性存储器,具有结构简单、读写速度快、存储密度高、功耗低等优势,是国际存储技术领域的前沿与热点之一。钙钛矿薄膜材料是阻变存储器的常用材料,其中铁酸铋和钨酸铋薄膜材料在具有较大高低阻开关比的同时还兼具铁电特性,在阻变和铁电存储器研究领域备受瞩目。目前,由于对阻变存储器的阻变机制和失效机理的研究尚未完善,制约了其自身发展和大规模商业化应用。阻变存储器的导电机制大体可分为导电细丝机制和界面势垒机制,但无论哪种机制都与阻变薄膜的陷阱和缺陷有关。在阻变存储器的使用过程中,阻变薄膜内部陷阱和缺陷的数量、位置会发生改变,从而影响阻变存储器的性能和寿命。为了推动阻变存储器的商业化应用,各国研究者们对钙钛矿薄膜阻变存储器的阻变机理和陷阱作用机制开展了大量的研究。本文主要对钙钛矿薄膜阻变存储器的阻变性能和陷阱作用机制进行研究。对铁酸铋（Bi Fe O3,BFO）和钨酸铋（Bi2WO6,BWO）阻变存储器的导电机制与阻变机制进行研究,分析阻变过程中陷阱的作用机制。分析疲劳过程中BFO阻变存储器陷阱的变化规律,理解陷阱的作用机理。对BWO薄膜器件进行疲劳和失效分析,探究BWO薄膜在阻变存储器和钙钛矿太阳能电池方面的应用可行性。具体研究内容如下:（1）BFO阻变存储器的基本存储单元为Au/Bi Fe O3/Sr Ru O3三明治结构,其导电机制为空间电荷限制导电,阻变机理与陷阱电荷的俘获与释放有关。在低温环境（253K）下,使用瞬态电流法,得到铁酸铋阻变存储器内存在新的陷阱时间常数τ2和陷阱能级Eτ2=0.29±0.02e V。揭示陷阱俘获/释放载流子作用机制的同时,拓展了瞬态电流法在低温环境中的应用。（2）使用瞬态电流法分析低温疲劳过程中BFO阻变存储器内部陷阱能级的变化规律。在疲劳实验开始阶段,阻变存储器受到铁电极化唤醒效应的影响,薄膜内的铁电畴被释放,结构有序性增强,导致时间常数增大,陷阱能级数量增加;极化唤醒阶段过后,薄膜内陷阱密度随疲劳圈数的增加而逐渐增加,结构有序性降低,导致时间常数减小;阻变存储器进入疲劳状态阶段后,薄膜内陷阱数量继续增加,陷阱位置发生改变,导致陷阱能级发生合并,时间常数和陷阱能级的数量减少;当疲劳时间进一步增加,阻变存储器的漏电流迅速增加,薄膜损坏,阻变效应消失。（3）层状三明治结构的Pt/Bi2WO6/Sr Ru O3薄膜具有阻变效应,高低阻开关比约为102,导电机制为空间电荷限制电流导电,具有较为优秀的数据保持特性和疲劳特性,可作为阻变存储器使用。平面结构的Pt/Bi2WO6/Sr Ti O3薄膜具有光电效应,BWO钙钛矿太阳能太阳能电池在400小时的高温老化试验中未发生失效,具有优秀的高温稳定性。
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