鍶鈦鋯系鈣鈦礦薄膜之電阻轉換特性研究

陳威亦(Wei-Yi Chen)

指導教授 ： 吳振名

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2008.00169

摘要

近年來由於電阻式記憶體(RRAM)具有優越的特性且元件簡單為金屬-絕緣體-金屬(MIM)。由於運作僅需搭配一個電晶體型成1T1R結構，所佔體積小因此足以作為下世代非揮發性記憶體應用。鈣鈦礦材料以發現可應用於RRAM，然而相關的電阻轉換機制仍未明朗，因此尋找相關電阻轉換效應機制為重要課題。
本論文分為兩部份，第一部份為鈦酸鍶材料利用磁控電將濺鍍法在不同溫度下鍍製於Pt/TiOx/SiO2/Si基板，並搭配Pt為上電極作成MIM結構元件。當偏壓小於2V時元件並不具有電阻轉換機制，其顯現的電滯效應，可能由於trap內部載子跟不上施加電場而產生鬆弛現象造成。偏壓大於2V時元件呈現bipolar特性，並搭配介電分析探討其電阻轉換機制為介面Schottky Barrier改變造成。施壓compilance使元件於高電流下產生soft breakdown，量測其unipolar特性，搭配介電分析以及time evolution量測，發現unipolar的電阻轉換效應依循燈絲理論。對相同元件而言unipolar之阻值比大於bipolar阻值比。
第二部份為鋯鈦酸鍶材料利用磁控電將濺鍍法在不同溫度下鍍製於Pt/TiOx/SiO2/Si基板，並搭配Pt為上電極作成MIM結構元件。元件並未具有bipolar特性，且電流傳導為bulk limit。高電流下施壓compilance元件產生soft breakdown，顯現出unipolar特性。當薄膜內部ZrO2雜相越少其絕緣性則越好，且高低電阻值比當高阻態絕緣性越好則越大。搭配介電分析以及time evolution量測，發現unipolar的電阻轉換效應依循燈絲理論。
比較白金、鈦酸鍶以及鋯鈦酸鍶三種材料unipolar高阻態之電阻率，白金為導體，鈦酸鍶可視為為半導體而鋯鈦酸鍶為絕緣體。絕緣性越好之材料其unipolar電阻值比越大。

關鍵字

電阻轉換效應 ； 鈣鈦礦 ； 燈絲理論

參考文獻

[2] 簡昭欣、呂正傑、陳志遠、張茂男、許世祿、趙天生， “先進記憶體簡介” ，國研科技創刊號，2004年。

[4] A. Asamitsu, Y. Tomioka, H. Kuwahara et al., "Current switching of resistive states in magnetoresistive manganites," Nature 388 (6637), 50-52 (1997).

[5] Y. Tokura and Y. Tomioka, "Colossal magnetoresistive manganites," J. Magn. Magn. Mater. 200 (1-3), 1-23 (1999).

[6] 客橋， “淺談新興非揮發性記憶體技術” ，台灣區電機電子工業同業公會，2006年。

[10] R. Sezi, A. Walter, R. Engl, A. Maltenberger, J. Schumann, M. Kund*, and C. Dehm,”Organic Materials for High-Density Non-Volatile Memory Applications”IEDM 03-261.