过渡金属氧化物EPIR效应与忆阻器行为的研究

过渡金属氧化物中出现的电场脉冲诱导电阻效应（EPIR）和忆阻器行为是一类新颖的物理效应，因在信息存储与处理中潜在的巨大应用背景而成为当前的研究热点。理解其物理机制，寻找具有高EPIR值和优良抗疲劳性的新型忆阻器材料是制作非易失性电阻式存储元件与元件集成走向实际应用的基础。本研究以近期在单、双层钙钛矿结构Mn氧化物和简单二元过渡金属氧化物中观察到的EPIR效应和忆阻器行为为基础，提出利用深杂质能级以增强钙钛矿结构Mn氧化物EPIR的抗疲劳特性，在脉冲电流作用下Mott型绝缘体氧化物发生电子相转变以及多价态过渡金属氧化物发生氧化还原反应而导致EPIR效应和忆阻器行为的物理思想。在该思想指导下，制备系列钙钛矿结构Mn氧化物和多种简单二元氧化物薄膜，研究其EPIR效应、忆阻器行为和相应的电子过程及物理机制，并利用上述思想寻找新型非易失性电阻式存储和忆阻器材料。

过渡金属氧化物中出现的电场脉冲诱导电阻效应（EPIR）和忆阻器行为是一类新颖的物理效应，因在信息存储与处理中潜在的巨大应用背景而成为当前的研究热点。理解其物理机制，寻找具有高EPIR值和优良抗疲劳性的新型忆阻器材料是制作非易失性电阻式存储元件与元件集成走向实际应用的基础。本项目用交、自流电性测量，二线、四线测量等方法系统研究了钙钛矿结构NdxSr1-xMnO3，PrxCa1-xMnO3 和LaxCa1-xMnO3系列及二元简单过渡族金属氧化物Cu2O和硫化物Cu2S薄膜样品的I-V、C-V、CER、CMR、EPIR和忆阻器行为，得到如下结果：（1）钙钛矿结构锰氧化物NdSrMnO，PrCaMnO和LaCaMnO样品的电输运性质决定于半导体表面及表面与电极接触的接触界面。当电极与半导体表面密切接触，为欧姆接触时，无I-V非线性，CER，EPIR和忆阻器行为。但当电极与半导体表面非紧密接触时，电极与样品表面存在肖特基势垒，为非欧姆接触，存在显著的CER效应和低场CMR效应以及EPIR效应和忆电阻器行为。（2）样品的EPIR和忆阻器行为源于半导体表面与电极的接触界面处的空间电荷层和样品表面的深能级陷阱态,且氧含量和氧缺陷是导致和影响锰氧化物EPIR的主要因素。当样品氧含量高，或外界氧进入样品表面时，锰氧化物EPIR效应减小，抗疲劳性变差。（2）采用电化学方法合成了二元简单过渡族金属氧化物Cu2O和硫化物Cu2S薄膜。在两种薄膜上均观察到类似电流丝通道的EPIR现象,并制备了Pt/Cu2O/Pt和Pt/Cu2S/Pt忆阻器件，研究了影响两类忆阻器EPIR效应和抗疲劳性的因素。研究结果表明简单二元氧化物的忆阻器行为与钙钛矿结构锰氧化物的发生机制不同。