《金屬氧化物半導體阻變存儲器中的磁性開關效應研究》是依託河北師範大學，由陳偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬氧化物半導體阻變存儲器中的磁性開關效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳偉
- 依託單位：河北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
3d元素摻雜及零摻雜的金屬氧化物半導體材料由於室溫鐵磁性弱成為制約其在自旋電子學套用的瓶頸；作為下一代非揮發性存儲器，外電場調控的氧化物半導體薄膜的阻變(RS)效應備受關注。如能在RS的同時伴隨磁性的開關效應，則對實現高集成度、低能耗的新型存儲器和自旋電子器件意義重大。本課題從磁性與電性關聯的視角，研究該類材料RS存儲器中外電場調控的磁性開關效應。在不同氧壓下採用PLD製備3d元素摻雜及零摻雜的ZnOx、TiOx、HfOx薄膜，利用半導體測量設備和PPMS研究RS特性與磁性開關效應的關聯規律；利用分層XPS,截面EDS,SPM等技術研究RS過程中氧空位的遷移和分布規律；結合第一性原理計算，研究氧空位分布和3d元素摻雜對導電細絲的形成和RS過程中磁性開關效應的影響，揭示二者關聯的物理機制。該研究不僅有望突破該類材料鐵磁性弱的瓶頸，同時有助於揭示阻變和磁性的起源及其關聯的物理機制。
結題摘要
一、項目背景：3d元素摻雜及零摻雜的金屬氧化物半導體材料由於室溫鐵磁性弱成為制約其在自旋電子學套用的瓶頸；作為下一代非揮發性存儲器，外電場調控的氧化物半導體薄膜的阻變(RS)效應備受關注。該項目研究3d元素摻雜氧化物薄膜阻變過程中的磁變現象。二、主要研究內容：本課題從磁性與電性關聯的視角，以3d元素摻雜及零摻雜的ZnOx、TiOx、HfOx等為介質層，研究其RS特性與磁性開關效應的關聯規律；研究RS過程中氧空位的遷移和分布規律；結合第一性原理計算，研究氧空位分布和3d元素摻雜對導電細絲的形成和RS過程中磁性開關效應的影響，揭示二者關聯的物理機制。三、重要結果、關鍵數據及其科學意義：1. 研究了Co摻雜和未摻雜的TiO2薄膜的氧空位遷移、阻變和磁變特性，發現摻雜可以有效改善薄膜的阻變和磁變特性，提出了二者電場調控磁性的不同的物理機制。2.採用第一性原理系統研究了過渡元素X (X = Mn, Fe, Co, Ni) 摻雜對ZnO 基阻變存儲器中氧空位遷移勢壘和形成能的影響。計算表明Ni摻雜使ZnO中氧空位的形成從0.854 減小到了0.307 eV。為通過摻雜實現器件阻變和磁變性能的改善提供了科學依據。3. 發現在正、負0.2V的極低的電壓下，MgO 薄膜的磁化強度分別減小和增大了57.5% 和56.7%。XPS分析表明磁性的調控是由於電場作用下Mg離子在薄膜內部發生了遷移。4. Mn:ZnO, Ni:ZnO, Mn:TiO2 and Co:TiO2 薄膜中, 過渡金屬元素的摻雜有利於電場作用下氧空位在遷移的過程中向過渡金屬元素聚集，進而影響氧空位的遷移和重新分布，從而對室溫鐵磁性起到了關鍵的作用。
