Al-In-O/InOx基柔性阻变存储器的制备及60Co-γ射线总剂量效应研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:testb321
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柔性阻变存储器具有可弯曲/拉伸、储密度高、读写速度快、功耗低、结构简单等优势,被认为是在可穿戴设备、消费电子、航天等领域最具应用前景的下一代柔性非易失性存储器之一。二元金属氧化物(AlOx、HfOx等)因可采用工艺简单的印刷法或者溶胶凝胶法制备等优势,常被用作柔性阻变存储器的阻变功能层材料。这些材料的退火温度通常在300-600℃,而大部分柔性基底难以承受这样高的退火温度。后来人们研究发现,在二元氧化物中进行合适元素掺杂可以适当降低退火温度,比如氧化铝掺杂铟(Al-In-O)的退火温度可以降至180℃,使得大多数柔性基底能够承受。基于此,本文采用Al-In-O作为阻变功能层制备柔性阻变存储器,并且针对航天应用背景对其总剂量辐射效应进行研究。主要研究内容及结果如下:(1)采用化学溶液方法在镍片衬底上制备了Al-In-O/InOx复合薄膜,通过顶电极Ag的构建形成Ag/Al-In-O/InOx/Ni柔性阻变存储器,对其阻变和弯曲性能进行测试分析。结果表明,Ag/Al-In-O/InOx/Ni柔性阻变存储器具有典型的双极性阻变行为,开态电压和关态电压分别为1.5 V和-0.5 V,开关比大于103;器件低阻区主要是欧姆导电机制,高阻区主要是SCLC导电机制;弯曲后高阻态的电阻值随着弯曲半径的减小或弯曲次数的增加而略微减小,第一性原理计算结果表明是因为弯曲后空位形成能降低造成的;器件在曲率半径低至5 mm、弯曲次数达100次后开关比仍大于102。上述结果表明,器件具有良好的阻变性能和机械抗弯曲性能。(2)基于60Co-γ射线,针对Al-In-O/InOx基柔性阻变存储器开展了电离总剂量辐射效应实验研究。结果表明,经过50 krad(Si)、100 krad(Si)、200 krad(Si)、300krad(Si)和500 krad(Si)辐照后,器件的关态电压和低阻态电阻值几乎没有变化,高阻态电阻值、开态电压和机械抗弯曲性能轻微变化;经过500 krad(Si)辐照后器件的数据保持力仍然可以达到104 s。(3)基于蒙特卡罗方法模拟了Ag/Al-In-O/InOx/Ni中的阻变层Al-In-O在H+质子辐射作用下产生的辐射损伤。结果表明,当H+入射Al-In-O时,低能量质子产生的辐射效应主要是电离总剂量效应。然而低能量质子辐射Al-In-O薄膜时产生的非电离损伤(NIEL)也不可忽视,其产生的氧空位浓度足以对Al-In-O薄膜的电学性能造成较大的影响。根据模拟结果推测,辐照实验中器件开态电压和高阻态电阻值下降,可能是因为辐照产生的氧空位增多造成的。
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