Ag/BiFeO3/Fe2O3/ITO结构的电阻开关和负微分电阻

舒海燕; 夏姝颖; 张兴文; 何朝滔; 李世昌; 邱晓燕; 陈鹏

doi:10.7498/aps.74.20251004

摘要

本文采用磁控溅射法制备了Ag/BiFeO₃/Fe₂O₃/ITO多层结构, 并系统研究了Fe₂O₃层厚度对其电学特性的调控作用. 实验发现, 不同Fe₂O₃层厚度的器件均表现出稳定的双极性电阻开关行为. I-V特性拟合分析表明, 其电阻转变机制源于Ag活性电极在外电场作用下形成/断裂的导电细丝. 此外, 器件在多次循环中均呈现可重复的负微分电阻现象, 该现象与氧空位迁移及局域焦耳热效应导致的细丝不稳定过程密切相关. 本研究为通过界面工程调控阻变存储器性能提供了可行的材料体系与物理机制理解.

关键词:

Abstract

In this paper, the resistive switching characteristics of Ag/BiFeO₃/Fe₂O₃/ITO multilayer film deposited on ITO by magnetron sputtering are investigated. The Ag/BiFeO₃/Fe₂O₃/ITO devices all exhibit superior resistive switching behaviors due to the formation of Ag conducting filaments. The resistive switching ratio of the device is close to 10 for the sample with 100 nm-thick Fe₂O₃ film. The current value of the device increases sharply at 0.56 V when the voltage is swept forward, and the device switches from LRS back to HRS at –0.3 V when a voltage of opposite polarity is applied. The I-V curves of the device are fitted in double logarithmic coordinates. It is found that the device is controlled by an Ohmic conduction model in the low resistance state and by two conduction models in the high resistance state: Ohmic conduction in the low bias region, and the SCLC conduction model at higher voltages. Such a resistive switching characteristic with very low switching voltage and a high resistance ratio is particularly important for the application of resistive stochastic storage. In addition, all samples show an obvious negative differential resistance effect, which is caused by Joule heating. The Ag/BiFeO₃/Fe₂O₃/ITO device show both resistive switching characteristics and a negative differential resistance effect, which have important applications.

Keywords:

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通信作者: 陈鹏, pchen@swu.edu.cn

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Corresponding author: CHEN Peng, pchen@swu.edu.cn

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