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研究生: 張文淵
Wen-Yuan Chang
論文名稱: 以LaNiO3底電極開發(Pr,Ca)MnO3非揮發性電阻記憶體特性之研究
Characteristics of (Pr,Ca)MnO3 thin films on LaNiO3-electrodized Si substrate for nonvolatile resistance random access memory application
指導教授: 吳泰伯
Tai-Bor Wu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: 電阻記憶體鐠鈣錳氧電阻轉換效應鎳酸鑭非揮發性記憶體
外文關鍵詞: RRAM, PCMO, resistance switching effect, LNO, PrCaMnO3, LaNiO3
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  • 電阻式非揮發性記憶體(RRAM)深具競爭潛力,具備操作電壓低、快速操作時間、結構簡單化、可多位元記憶、耐久性佳、記憶元件面積縮小及非破壞性讀取等優勢,並且擁有低成本的競爭力,發展潛力深受市場矚目。雖然擁有非常優異的特性,但是至今電阻轉換效應的工作機制尚未被明確了解,對於材料特性的掌握度不足,因而材料的研究將扮演關鍵的角色。
    本論文的方向主要集中在探討電極材料與鐠鈣錳氧(PCMO)薄膜特性對電阻轉換效應的影響性。藉由氧化物電極鎳酸鑭(LaNiO3)來降低PCMO薄膜的結晶溫度,並控制其具強烈(001)優選指向。透過PCMO薄膜鍍製於Pt/Ti/SiO2/Si及LNO/Pt/Ti/SiO2/Si兩種底電極基板上,並選用LNO或Pt兩種上電極材料相互對照,試圖了解電阻轉換效應(resistance-switching effect)的工作機制來源。研究發現電阻轉換效應的發生,推測與PCMO薄膜本身結晶特性及電阻層與電極間界面匹配性有關,其中以LNO/PCMO/LNO結構表現最為優異,高低電阻值的變化可高達100倍。並成功以導電性原子力顯微鏡觀察電阻轉換效應,利用導電性探針施加電壓在奈米區域寫入訊號,確實可以觀察到非揮發性記憶特性。


    第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 3 2-1 新型非揮發性記憶體 3 2-1-1 鐵電記憶體(FeRAM) 4 2-1-2 磁阻記憶體(MRAM) 4 2-1-3 相變化記憶體(OUM) 5 2-1-4 電阻記憶體(RRAM) 6 2-2 電阻式記憶體 7 2-2-1 鐠鈣錳氧型電阻式記憶體 7 2-2-2 氧化鎳型電阻式記憶體 9 2-2-2 鋯酸鍶型電阻式記憶體 11 2-2-4 有機物電阻式記憶體 12 2-3 龐磁阻材料特性 13 2-3-1 Colossal magnetoresistance 13 2-3-2 Jahn-Teller distortion 14 2-3-3 Double – exchange model 15 2-3-4 Orbital╱Charge ordering 16 2-4 PCMO電阻式記憶體之機制探討 17 2-4-1 Charge-trap in small domains 17 2-4-2 Charge accumulation at interface 19 2-4-3 Creation of crystalline defect 19 第三章 實驗流程 43 3-1 底電極之製作 43 3-1-1 Pt/Ti/SiO2/Si基板之準備 43 3-1-2 LNO下電極薄膜之製備 43 3-2 PCMO薄膜製備 44 3-3 上電極之製作 44 3-4 薄膜分析量測 44 3-4-1 厚度量測及成分量測 44 3-4-2 薄膜微結構分析 45 3-5 電性分析量測 45 3-6 導電性原子力顯微鏡量測 46 第四章 結果與討論 48 4-1 厚度量測及成分量測 48 4-2 薄膜微結構分析 48 4-2-1 X光結晶繞射 48 4-2-2 原子力顯微鏡 49 4-2-2 掃描式電子顯微鏡 49 4-3 電性量測分析 50 4-3-1 電壓與電流關係曲線 50 4-3-2 外加偏壓與記憶電阻值的關係 52 4-3-3 外加偏壓方向的影響 54 4-3-4 記憶時間持久性(Retention) 55 4-4 導電性原子力顯微鏡量測 56 4-5 電阻轉換效應的探討 57 4-5-1 不同底電極材料對電阻轉換效應的影響 57 4-5-2 不同上電極材料對電阻轉換效應的影響 58 4-5-3 電阻轉換效應的機制 59 第五章 結論 78 參考文獻 79

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