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电致电阻效应,也称阻变效应,是指电流或电压作用在一些金属/绝缘体/金属三明治结构时,该结构的电阻值会发生几个量级的改变,并且得到的电阻状态在外电场去除后可以保持下来的现象。由于在非易失存储领域的潜在应用,电致电阻效应受到了广泛的关注。电致电阻效应的确切物理机制还不清楚,但是目前多数的研究者都同意电阻转变发生在薄膜中非常微小的局部区域。这就表明阻变性质可以和材料的其他性质共存,同时也提供了开发多功能阻变存储器件的可能性。基于这个思想,我们选择了ZnO材料来制备透明与柔性的阻变存储器件,本文研究了ZnO基透明与柔性阻变存储材料/器件的电致电阻效应,主要内容分为如下四个部分:
(1)成功制备了同时具有良好阻变性能与透明性的ITO/ZnO:Mg/FTO结构,该结构对可见光透过率超过80%,高/低电阻比大于2.5,经过105个阻变循环后以及110℃的温度下仍然可以保持电阻转变性能。
(2)利用有机聚合物衬底PET成功制备了柔性的Cu/ZnO:Mg/ITO阻变结构,该结构拥有超过30倍的高/低电阻比,良好的稳定性与抗疲劳性,经过103次以上的小曲率机械弯曲后,其阻变性能仍然可以很好的保持。
(3)通过不同类型的电阻转变现象对电极的依赖关系研究了ZnO:Mg薄膜的阻变机理。在400℃与室温生长的ZnO:Mg薄膜上分别制备了Au、Ag、Cu、Ti、Al电极。研究发现400℃生长的薄膜阻变现象不受电极的影响,室温生长的薄膜只有在Cu、Ag电极时才有阻变现象。分析表明400℃生长的薄膜为氧离子迁移体系,而室温生长的薄膜为金属离子迁移体系。
(4)通过在底电极-ZnO薄膜界面掺入金属纳米颗粒的方法改善ZnO阻变器件的稳定性。发现掺杂后的器件拥有非常稳定的转变电压与高/低电阻状态电阻。利用导电原子力显微镜技术研究研究了微观的电性,发现金属纳米颗粒提高了单个丝导电通道的抗疲劳性,进而减少了丝导电通道失效带来的阻变参数波动。