摘要
伴随数字信息技术的高速发展，计算和存储的数据也迎来了飞速的增长，复杂的计算和应用对存储器提出了更高的存储密度、更快的响应速度以及更低的功耗需求。由于当前的存储技术发展进入瓶颈，难以满足当前社会对数据信息的存储要求，因此，人们开始研究新型存储器。阻变存储器因其具有高数据存储密度、快响应速度、低功耗与非易失性等特点，而存在巨大的应用潜力。根据阻变器件机理的不同，器件被分为离子型器件和电子型器件两种，其中，离子型器件具有循环耐受力强、数据保持时间长等优点，但也有着功耗高和稳定性差的缺点；而电子型器件的一致性好、功耗低、集成度高，但循环耐受力和保持力较弱。本论文以Ag/ZnO/Au结构的电子型器件为基础，使用调节电极/阻变层界面的方法，研究使用Graphene电极替代Au电极对Ag/ZnO/Au结构器件的性能影响，为阻变存储器实现低电流、高循环耐受力和良好一致性的改进提供方案和理论依据。 本论文的设计实验如下，首先，探究了阻变层厚度和氧分压比例对Ag/ZnO/Au结构器件的性能影响，得到性能最优的Ag/ZnO/Au器件制备条件，并分析器件阻变机理。其次，使用Graphene电极替代Au电极制备了Ag/ZnO/Graphene结构的新型阻变器件，进行工艺优化使器件具有了自限流、无需Forming的特性，器件的均一性和循环耐受力也明显提高。通过Ag/ZnO/Graphene器件的表征和电学测试分析，证明了氧空位（VO）对电子的俘获/释放造成了导电通路的形成/断裂，属于空间电荷限制传导（SCLC）机制。最后，对Ag/ZnO/Graphene结构器件的材料进行了第一性原理计算，从微观角度解释了VO在ZnO中引入了缺陷能级，减小了禁带宽度，增强了电子传输。根据ZnO各晶面与Graphene接触时的电子态密度（DOS）变化，分析各个晶面对电子传输的贡献。 本论文提出了使用Graphene作为下电极来提高器件性能，通过第一性原理计算，将宏观的电学性能和微观的理论计算相结合，对VO和Graphene/ZnO界面在器件性能改善中的作用进行分析，证明了使用Graphene电极可以有效地提升器件阻变性能。同时，对使用Graphene电极的电子型器件的阻变特性和传导机理的研究提供参考。
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