Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Nghiên cứu cố định đầu dò dna lên bề mặt sợi vàng làm cảm biến phát hiện m rna i...

Tài liệu Nghiên cứu cố định đầu dò dna lên bề mặt sợi vàng làm cảm biến phát hiện m rna il 8 (tóm tắt)

.PDF
28
519
99

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN CÔNG NGHỆ NANO PHẠM KIM NGỌC PHẠM KIM NGỌC CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CƠ CHẾ TRUYỀN DẪN ĐIỆN TÍCH VÀ ĐẢO ĐIỆN TRỞ THUẬN NGHỊCH TƢƠNG ỨNG CỦA MÀNG MỎNG Ô XÍT CRÔM HƢỚNG ĐẾN ỨNG DỤNG TRONG BỘ NHỚ ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: Khoa học Vật liệu Mã số chuyên ngành: 62 44 01 22 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Tp. Hồ Chí Minh, năm 2017. i Công trình được hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn khoa học: 1. P PGS.TS PHAN BÁCH THẮNG 2. P PGS.TS TRẦN CAO VINH Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa Phản biện 2: PGS.TS. Hoàng Trang Phản biện 3: TS. Trần Tuấn Anh Phản biện độc lập 1: PGS.TS. Phạm Thành Huy Phản biện độc lập 2: TS. Trần Tuấn Anh Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào lúc ……. giờ….. ngày…..tháng ……năm…….. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM Thư viện Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên ii Mở đầu Luận án trình bày những nội dung và kết quả của việc nghiên cứu cơ chế truyền dẫn điện tích và cơ chế đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx hướng đến ứng dụng trong bộ nhớ đảo điện trở truy cập ngẫu nhiên (RRAM). Mặc dù bộ nhớ RRAM đã được nghiên cứu từ những năm 1960, nhưng với sự phát triển của lĩnh vực bộ nhớ điện tử, các yêu cầu hiện nay về dung lượng lưu trữ, tốc độ ghi xóa, độ bền hoạt động và khả năng tích hợp với công nghệ bán dẫn (CMOS) vẫn đang còn là những thách thức lớn đối với các nhà khoa học. Song song đó, các nhà khoa học đang tìm hiểu và nghiên cứu các vật liệu mới, đặc biệt là các ô xít kim loại, có tiềm năng ứng dụng trong RRAM với các đặc tính như phương pháp chế tạo đơn giản, hiệu suất cao, hoạt động ổn định và chi phí thấp để đưa vào ứng dụng. Cho đến thời điểm bắt đầu luận án (2013) các nghiên cứu về ô xít crôm ứng dụng trong RRAM vẫn còn rất ít (chỉ có 2 công bố[3] [4]). Các ảnh hưởng về vật liệu điện cực, cấu trúc và hợp thức của ô xít crôm, vai trò của nút khuyết ôxi cũng chưa được khảo sát. Bên cạnh đó, những mô hình giải thích cơ chế truyền dẫn điện tích và cơ chế đảo điện trở của ô xít crôm vẫn còn nhiều tranh cãi và chưa được khai thác đầy đủ. Nội dung của luận án chia thành 5 chương với 2 chương lý thuyết tổng quan và 3 chương thực nghiệm. Chương 1 trình bày tổng quan về cấu trúc, phân loại bộ nhớ đảo điện trở thuận nghịch RRAM và các đặc điểm của vật liệu ô xít crôm. Chương 2 trình bày các cơ chế truyền dẫn điện tích và cơ chế đảo điện trở thuận nghịch phổ biến trong cấu trúc RRAM với các cơ chế được điều khiển bởi điện cực và bởi lớp vật liệu ô xít. 1 Chương 3 trình bày kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số thực nghiệm (áp suất riêng phần ôxi, độ dày lớp ô xít, nhiệt độ ủ, vật liệu điện cực) lên cấu trúc, hình thái bề mặt và đặc trưng đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx. Chương 4 trình bày các kết quả phân tích và luận giải về cơ chế truyền dẫn điện tích và cơ chế đảo điện trở thuận nghịch tương ứng của màng mỏng CrOx với cấu trúc Ag/CrOx/FTO đảo điện trở theo chiều kim đồng hồ và cấu trúc Ti/CrOx/FTO đảo điện trở theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Chương 5 trình bày các kết quả nghiên cứu quá trình đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx bằng kỹ thuật kính hiển vi lực nguyên tử dùng đầu dò dẫn điện Pt (C – AFM). Kết quả trong chương này đã xác định được dung lượng lưu trữ dữ liệu của màng mỏng CrOx đồng thời khẳng định lại các phân tích và biện luận trong chương 4. 2 Chƣơng 1. Tổng quan về bộ nhớ bán dẫn 1.1. Giới thiệu chung về bộ nhớ Dựa trên số lần có thể ghi dữ liệu, bộ nhớ bán dẫn được chia thành hai loại gồm bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAMs) và bộ nhớ chỉ đọc (ROMs). Dựa vào tính năng lưu trữ lâu dài các thông tin (retention), RAMs được phân loại chi tiết hơn gồm bộ nhớ khả biến (volatile – bị mất thông tin khi nguồn điện bị tắt đột ngột) và không khả biến (non-volatile – vẫn duy trì được thông tin khi nguồn điện bị tắt đột ngột). Hình 1.1. Phân loại các loại bộ nhớ bán dẫn. Các loại bộ nhớ được sử dụng phổ biến hiện nay là bộ nhớ tĩnh (SRAM), bộ nhớ động (DRAM) và bộ nhớ FLASH. Các loại bộ nhớ đang được nghiên cứu và có tiềm năng ứng dụng trong tương lai như tính chất sắt điện (Ferroelectric random access memory - FRAM), từ tính (Magnetic random access memory - MRAM), biến đổi pha (Phase change random access memory - PRAM) và điện trở (Resistive random access memory - RRAM). 3 1.2. Bộ nhớ đảo điện trở thuận nghịch RRAM RRAM là một linh kiện điện tử có hai cực có cấu trúc tụ điện: một lớp màng mỏng điện môi hay bán dẫn xen giữa hai lớp màng mỏng điện cực (điện cực đỉnh và đáy) tạo thành cấu trúc kim loại – điện môi – kim loại (MIM). Bộ nhớ RRAM có thể được phân loại căn cứ vào đặc trưng đảo điện trở theo điện áp phân cực và cơ chế điều khiển quá trình đảo điện trở thuận nghịch Hình 1.2. Cấu trúc của một ô nhớ RRAM 1.3. Các yêu cầu quan trọng của bộ nhớ RRAM Đối với bộ nhớ RRAM, các yêu cầu quan trọng bao gồm: độ đồng nhất (độ ổn định của các giá trị điện trở theo thời gian hoạt động và giữa các phần tử nhớ với nhau), độ bền (số lần ghi/ xóa/ đọc dữ liệu), thời gian lưu trữ dữ liệu, khả năng lưu trữ nhiều dung lượng khác nhau tùy theo điện áp điều khiển, mật độ cao và khả năng tích hợp với công nghệ CMOS. 1.4. Vật liệu ô xít crôm Crôm là nguyên tố kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm 6, có nhiều số ôxi hóa như +1, +2, +3, +4, +5, +6. Vì thế, crôm ô xít cũng gồm nhiều hợp thức như Cr2O, CrO, Cr2O3, CrO2, CrO3, Cr3O4, Cr2O5, Cr8O21…[24]–[26]. Vật liệu ô xít crôm (CrOx) đã và đang được nghiên cứu cho các ứng dụng như màng mỏng cơ học [21], quang xúc tác[22], màn hình hiển thị [23], bộ nhớ từ tính (MRAM) [25], [28], và bộ nhớ điện trở (RRAM) [3][4]. 4 Chƣơng 2. Cơ chế truyền dẫn điện tích và đảo điện trở thuận nghịch của cấu trúc RRAM. Cơ chế truyền dẫn điện tích trong phần tử nhớ RRAM có thể được điều khiển bởi mặt phân giới điện cực/điện môi (hoặc bán dẫn) hoặc bởi khối - lớp điện môi (hoặc bán dẫn). Hình 2.1. Phân loại các cơ chế truyền dẫn điện tích trong phần tử nhớ của RRAM 2.1. Cơ chế dẫn đƣợc điều khiển bởi điện cực Cơ chế dẫn được điều khiển bởi mặt phân giới điện cực/điện môi phụ thuộc hàng rào năng lượng tại mặt phân giới, khả năng trao đổi điện tích tại mặt phân giới, trạng thái điện tích tại mặt phân giới cũng như phản ứng hóa lý tại mặt phân giới... Cơ chế dẫn được điều khiển bởi điện cực bao gồm phát xạ nhiệt hay phát xạ Schottky và xuyên hầm Fowler – Nordheim. 2.2. Cơ chế dẫn đƣợc điều khiển bởi khối Cơ chế dẫn được điều khiển bởi khối phụ thuộc vào độ kết tinh, các loại khuyết tật, nồng độ tạp chất... tồn tại trong vật liệu điện 5 môi/bán dẫn. Cơ chế dẫn giới hạn bởi khối bao gồm Phát xạ Poole – Frenkel, dẫn theo định luật Ôm, dòng dẫn giới hạn bởi điện tích không gian và dòng dẫn đạn đạo. 2.3. Cơ chế đảo điện trở thuận nghịch trong cấu trúc RRAM Cơ chế điều khiển quá trình đảo điện trở thuận nghịch có thể phân loại theo phương thức dẫn ở trạng thái điện trở thấp (LRS): cơ chế theo đường dẫn (filament) và cơ chế theo mặt tiếp giáp (interface). Cơ chế theo đường dẫn bao gồm cơ chế nhiệt hóa, cơ chế điện hóa điện cực kim loại, cơ chế thay đổi hóa trị. Cơ chế này xuất hiện trong nhiều vật liệu khác nhau, nhưng thành phần tạo nên đường dẫn khác nhau tùy theo vật liệu, bao gồm cầu nano kim loại (nanobridges), nút khuyết ôxi (tạo nên những kênh dẫn, sai hỏng) và đường của các ốc đảo kim loại (islands). Trong cơ chế đảo điện trở theo mặt tiếp giáp, dòng dẫn qua lớp màng mỏng phụ thuộc vào độ cao rào thế giữa lớp bán dẫn ở giữa và lớp điện cực. Độ cao rào thế có thể thay đổi dưới ảnh hưởng của điện trường, dẫn đến hai trạng thái điện trở khác nhau của cấu trúc RRAM. 2.4. Nghiên cứu cơ chế đảo điện trở thuận nghịch theo đƣờng dẫn bằng kỹ thuật C – AFM C – AFM là kỹ thuật phân tích kính hiển vi lực nguyên tử dùng đầu dò dẫn điện, có thể ghi nhận đồng thời hình thái học bề mặt và tín hiệu dòng dẫn điện giữa đầu dò và bề mặt mẫu phụ thuộc vào điện thế áp vào cấu trúc. Gần đây, C-AFM được sử dụng để nghiên cứu cơ chế đảo điện trở của RRAM và đã có nhiều công bố khoa học liên quan với nhiều loại vật liệu màng mỏng khác nhau, đặc biệt là màng mỏng ô xit kim loại như TiO2 [13], ZnO [70], CuxO [71], HfO2 [72], Al2O3 [73], WO3[57], NiO [74], [75], ... 6 Chƣơng 3. Ảnh hƣởng của các thông số thực nghiệm lên đặc trƣng đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx Trong chương này, màng mỏng ô xít crôm (CrOx) được chế tạo bằng phương pháp phún xạ phản ứng magnetron DC với các thông số chế tạo khác nhau, bao gồm áp suất riêng phần ôxi trong hỗn hợp khí (O2/Ar+O2), độ dày màng, điều kiện xử lý nhiệt sau khi chế tạo. Cấu trúc đảo điện trở của màng mỏng CrOx được chế tạo với các điện cực đáy là FTO và Pt, điện cực đỉnh là Ag và Ti. Từ đó, sự ảnh hưởng của các thông số chế tạo đến đặc điểm và cơ chế đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx đã được khảo sát bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp với việc phân tích, luận giải. Các kết quả đạt được như sau: 3.1. Ảnh hƣởng của áp suất riêng phần ôxi Bảng 3.1. Bảng các thông số chế tạo màng mỏng CrOx theo áp suất riêng phần ôxi. Nội Tỉ lệ Ôxi Khoảng Độ Áp suất Nhiệt dung Màng O2/(O2+A cách Bia dày phún xạ độ đế khảo mỏng r) – Đế màng (mTorr) (oC) sát (%) (cm) (nm) CrOx @ 7 4 30 100 6 Theo áp 6% O2 suất CrOx @ riêng 7 4 30 100 20 20% O2 phần CrOx @ ôxi 7 4 30 100 40 40% O2 Cấu trúc các màng mỏng CrOx có sự tồn tại đồng thời các pha Cr2O3 (đỉnh A, B, C, D), CrO2 (đỉnh E), Cr8O21 (đỉnh F) trong đó pha Cr2O3 chiếm ưu thế. Áp suất khí riêng phần ôxi cao có sự cạnh tranh phát triển giữa pha Cr8O21 và CrO2. Màng mỏng CrOx được lắng đọng ở áp suất khí riêng phần ôxi cao có xu hướng xếp chặt hơn. 7 Đặc trưng I – V ở 3 tỷ lệ khí đều có tính trễ và ổn định, theo dạng lưỡng cực. Giá trị điện trở ở trạng thái cao có xu hướng giảm nhẹ khi lắng đọng ở áp suất khí ôxi riêng phần cao. Trong khi đó, giá trị điện trở ở trạng thái thấp của cả 3 cấu trúc không thay đổi. Vì vậy, tỷ số đảo điện trở RR có xu hướng giảm khi tăng áp suất khí riêng phần ôxi. Hình 3.2. Các đỉnh dao động Raman của các màng mỏng CrOx thu được từ hàm phân bố Gaussian (a) 6% O2, (b) 20% O2 và (c) 40% O2. Hình 3.3. Hình thái học bề mặt của (a) đế FTO và của màng mỏng CrOx lắng đọng theo các áp suất riêng phần ôxi khác nhau (a) 6% O2, (b) 20% O2 và (c) 40% O2 trên đế FTO. 8 Hình 3.5. Đặc trưng I – V của màng mỏng CrOx lắng đọng ở các áp suất riêng phần ôxi khác nhau (a) 6% O2, (b) 20% O2 và (c) 40% O2 trong cấu trúc Ag/CrOx/FTO. Hình 3.6. (a) Giá trị điện trở ở trạng thái HRS và LRS và (b) tỷ số RR của cấu trúc Ag/CrOx/FTO với các màng mỏng CrOx được lắng đọng ở các áp suất riêng phần ôxi khác nhau 6% O2, 20% O2 và 40% O2. 3.2. Ảnh hƣởng của độ dày màng Cấu trúc màng mỏng CrOx có độ dày từ 30 đến 500 nm gồm đa pha Cr2O3, CrO2 và Cr8O21. Độ dày càng lớn thì ưu tiên phát triển pha Cr2O3 so với các pha khác. Màng mỏng CrOx có độ dày lớn bề mặt hạt xếp chặt hơn. 9 Bảng 3.5. Bảng các thông số chế tạo màng mỏng CrOx theo độ dày. Độ Khoảng Áp suất Tỉ lệ Nhiệt Nội dung Màng dày cách phún xạ Ôxy độ đế khảo sát mỏng màng Bia – Đế (mTorr) (%) (oC) (nm) (cm) CrOx @ 7 6 4 30 30 30 nm CrOx @ 7 6 4 30 Theo độ 100 100 nm dày màng CrOx @ mỏng CrOx 7 6 4 30 300 300 nm CrOx @ 7 6 4 30 500 500 nm Hình 3.8. Các đỉnh dao động Raman của các màng mỏng CrOx theo độ dày thu được từ hàm phân bố Gaussian: (a) 30 nm, (b) 100 nm, (c) 300 nm và (d) 500 nm. Hình 3.9. Ảnh FESEM của (a) đế FTO và màng mỏng CrOx theo các độ dày (b) 30 nm, (c) 100 nm, (d) 300 nm và (e) 500 nm. 10 Hình 3.10. Đặc trưng I – V và đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx theo các độ dày (a) 30 nm, (b) 100 nm, (c) 300 nm và (d) 500 nm trong cấu trúc Ag/CrOx/FTO. Cấu trúc Ag/CrOx/FTO với độ dày CrOx từ 30 – 500 nm đều có quá trình đảo điện trở thuận nghịch theo dạng lưỡng cực ổn định. Tuy nhiên, giá trị RHRS, RLRS, tỷ số đảo điện trở phụ thuộc lớn vào độ dày màng. Màng CrOx @ 100 nm thể hiện trạng thái đảo điện trở ổn định và tỷ số đảo điện trở lớn nhất. Hình 3.11. Giá trị HRS và LRS của các màng mỏng CrOx theo các độ dày khác nhau. 11 Hình 3.12. Giá trị tỷ số điện trở của màng mỏng CrOx theo các độ dày (a) 30 nm, (b) 100 nm, (c) 300 nm và (d) 500 nm 3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ ủ Bảng 3.7. Các thông số chế tạo màng mỏng CrOx theo các nhiệt độ ủ khác nhau. Nội dung khảo sát Theo điều kiện ủ nhiệt trong không khí Màng mỏng CrOx @ RT CrOx @ 300 CrOx @ 500 Áp suất phún xạ (mTorr) Tỉ lệ Ôxy (%) Khoảng cách Bia – Đế (cm) Nhiệt độ đế (oC) Độ dày màng (nm) Nhiệt độ ủ (oC) Thời gian ủ (giờ) 7 6 4 30 100 0 0 7 6 4 30 100 300 3 7 6 4 30 100 500 3 Hình 3.14. Các đỉnh dao động Raman của các màng mỏng CrOx theo nhiệt độ ủ thu được từ hàm phân bố Gaussian: (a) chưa ủ nhiệt, (b) ủ nhiệt ở 300 oC và (c) ủ nhiệt ở 500 oC. Hình 3.16. Hình thái học bề mặt của màng mỏng CrOx trên đế FTO: (a) chưa ủ nhiệt, (b) ủ nhiệt ở 300 oC và (c) ủ nhiệt ở 500 oC. 12 Nhiệt độ nung càng cao thì pha Cr2O3 càng tăng trong khi pha Cr8O21, CrO2 giảm xuống vì có sự chuyển pha từ pha không bền Cr8O21 và pha CrO2 sang pha bền Cr2O3. Kết quả phân tích Raman và XPS đều cho kết quả xác nhận tương tự. Hình thái học bề mặt của các màng mỏng CrOx phụ thuộc vào nhiệt độ ủ. Bề mặt các màng mỏng CrOx @ RT và CrOx @ 300 có nhiều lỗ trống và khe hở giữa các hạt. Màng mỏng CrOx @ 500 có mật độ lỗ trống giảm và các hạt sít chặt hơn. Hình 3.17. Đặc trưng I - V và đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx (a) chưa ủ nhiệt, (b) ủ nhiệt ở 300 oC và (c) ủ nhiệt ở 500 oC trong cấu trúc Ag/CrOx/FTO. Các cấu trúc Ag/CrOx/FTO đều thể hiện tính chất đảo điện trở thuận nghịch ổn định và phụ thuộc lớn vào nhiệt độ ủ: Cấu trúc với màng mỏng CrOx @ RT và CrOx @ 300 cho kết quả đảo điện trở lưỡng cực theo chiều kim đồng hồ trong khoảng thế - 1,5 V  2 V. Cấu trúc với màng mỏng CrOx 13 @ 500 có đặc trưng đảo điện trở theo chiều ngược chiều kim đồng hồ trong khoảng thế - 4 V  + 4 V. Hình 3.18. Giá trị HRS và LRS (a) và tỷ số đảo điện trở (b) của màng mỏng CrOx theo nhiệt độ ủ trong cấu trúc Ag/CrOx/FTO. 3.4. Ảnh hƣởng của điện cực Các loại vật liệu điện cực (đáy và đỉnh) có ảnh hưởng lớn đến khả năng đảo điện trở của màng mỏng chưa ủ nhiệt CrOx @ RT và ủ nhiệt CrOx @ 500. Bảng 3.13. Thống kê đặc trưng đảo điện trở của màng CrOx theo nhiệt độ ủ với điện cực đỉnh Ag hoặc Ti và điện cực đáy Pt hoặc FTO. Điện cực đỉnh Ag Điện cực đỉnh Ti Cấu trúc Màng chƣa ủ nhiệt CrOx @ RT Ag/ CrOx Ag/CrOx/FTO /Pt Màng đã ủ nhiệt CrOx @ 500 Ag/ CrOx Ag/ CrOx /FTO /Pt Đảo điện trở Có Chiều kim đồng hồ Có Chiều kim đồng hồ Có Ngược chiều kim đồng hồ Cấu trúc Ti/ CrOx /FTO Ti/ CrOx /Pt Ti/ CrOx /FTO Đảo điện trở Có Ngược chiều kim đồng hồ Không có 14 Có Ngược chiều kim đồng hồ Không Có Ti/ CrOx /Pt Không Có Chƣơng 4. Cơ chế truyền dẫn điện tích và cơ chế đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx Trong chương này, cơ chế truyền dẫn điện tích của màng mỏng chưa ủ nhiệt CrOx @ RT trong cấu trúc có điện cực đáy là FTO và điện cực đỉnh là Ag hoặc Ti: (1) đảo điện trở theo chiều kim đồng hồ Ag/CrOx/FTO và (2) đảo điện trở theo chiều ngược chiều kim đồng hồ Ti/CrOx/FTO đã được phân tích và luận giải. Từ đó, mối liên hệ giữa cơ chế truyền dẫn điện tích và đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx được đề xuất và luận giải dựa trên kết quả kết hợp từ áp suất khí riêng phần ôxi, độ dày màng, nhiệt độ ủ và tính chất vật liệu điện cực.  Với cấu trúc Ag/CrOx/FTO: cơ chế truyền dẫn điện tích theo cơ chế dòng dẫn bị giới hạn bởi bẫy điện tích và dòng đạn đạo (HRS  LRS), định luật Ôm (LRS) và cơ chế xuyên hầm (LRS  HRS) (Bảng 4.1). Cơ chế đảo điện trở thuận nghịch được điều khiển bởi quá trình hình thành và đứt gãy của đường dẫn kim loại Ag thông qua phản ứng ôxi hóa – khử dưới tác dụng của điện trường ngoài (Hình 4.6). Bảng 4.1: Thống kê cơ chế truyền dẫn điện tích trong cấu trúc Ag/CrOx/FTO Quá trình phân cực Trạng thái điện trở Cơ chế truyền dẫn điện tích HRS  LRS Dòng điện tích không gian được điều khiển bởi bẫy và Dòng đạn đạo 1 0  - 1,5 V 2 - 1,5 V  0 LRS Dòng dẫn Ôm 3 0+2V LRS  HRS Dòng dẫn Ôm và dòng xuyên hầm 4 +2 V  0 HRS Dòng xuyên hầm 15 Hình 4.6. Mô hình đảo điện trở của cấu trúc Ag/CrOx/FTO  Với cấu trúc Ti/CrOx/FTO: cơ chế truyền dẫn điện tích tuân theo cơ chế dòng xuyên hầm (HRS) và cơ chế phát xạ nhiệt Schottky (LRS) (Bảng 4.2). Cơ chế đảo điện trở được điều khiển theo mô hình di chuyển thuận nghịch của ion ôxi âm O2- qua mặt phân giới CrOx/FTO dưới tác dụng của điện trường ngoài (Hình.14). Bảng 4.2: Thống kê cơ chế truyền dẫn điện tích trong cấu trúc Ti/CrOx/FTO Quá trình phân cực Trạng thái điện trở Cơ chế truyền dẫn điện tích HRS  LRS Dòng xuyên hầm 1 0+4V 2 +4V0 LRS Dòng phát xạ schottky 3 0-4V LRS  HRS Dòng phát xạ schottky 4 -4V0 HRS Dòng xuyên hầm Hình 4.14. Mô hình đảo điện trở của cấu trúc Ti/CrOx/FTO. 16 Chƣơng 5. Nghiên cứu quá trình đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx bằng kỹ thuật C – AFM Trong chương này, kỹ thuật C – AFM được sử dụng để kiểm chứng cơ chế đảo điện trở thuận nghịch của màng mỏng CrOx. Trong đó, đầu dò dẫn điện phủ Pt đóng vai trò là điện cực đỉnh, còn màng mỏng Ag và Ti lần lượt là điện cực đáy. Các kết quả thực nghiệm thu được từ phân tích C - AFM như sau:  Cấu trúc đầu dò Pt/CrOx/Ag:  Đặc trưng I – V trong khoảng điện thế -2 V  2 V cho thấy cấu trúc có quá trình đảo điện trở thuận nghịch dưới tác dụng của điện trường ngoài.  Hình ảnh dòng dẫn trên bề mặt màng mỏng CrOx ở trạng thái LRS (khi áp điện thế dương) có xuất hiện các đốm sáng phân bố ngẫu nhiên, có giá trị dòng dẫn cao hơn rất nhiều so với dòng dẫn ở các vị trí nền. Điều này chứng tỏ ở các vị trí sáng có sự hình thành của các đường dẫn kim loại Ag nối từ điện cực đáy qua lớp CrOx đến vị trí đầu dò Pt.  Đường kính và số lượng của các đường dẫn kim loại Ag phụ thuộc vào độ lớn của dòng ngưỡng Ic. Đường kính nhỏ nhất của đường dẫn lần lượt là 2,9 nm và 8,8 nm tương ứng với dòng ngưỡng 10 nA và 500 nA. Với các kích thước này thì mật độ lưu trữ của bộ nhớ có thể đạt đến hơn 100 Tbit/inch2.  Điều khiển dòng Ic có thể điều khiển dung lượng lưu trữ dữ liệu của màng mỏng CrOx. 17 Hình 5.1. Đặc trưng I – V của cấu trúc đầu dò Pt/CrOx/Ag thu được từ kỹ thuật phân tích C – AFM. Hình 5.2. (a) Hình thái bề mặt của màng mỏng CrOx.(b - c) Hình ảnh 2D và 3D của dòng dẫn trên bề mặt màng mỏng CrOx ở trạng thái LRS và (d - e) trạng thái HRS. 18
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan