一种可力电调控的导电通道的构建方法

本发明涉及铁电材料，尤其涉及一种可力电调控的导电通道的构建方法。

背景技术：

1、随着大数据、人工智能的兴起，信息技术的不断进步，数据量的爆炸式增长催生了对存储器件的持续需求，也给材料的研发带来了新的机遇与挑战。rrams(resistiverandom access memory，电阻性随机存取存储器)是一种新型的非易失性存储器技术，其具有高密度存储、低功耗、快速存取速度、非易失性和可编程性等诸多优势，然而rrams的阻变行为难以稳定，这与材料内部导电细丝的出现有直接的关联，实现对rrams中不可控导电细丝的操控是当下迫切需要解决的难题。

2、预制导电通道是解决该问题的关键，可以通过掺杂、自组装、不同相结构、缺陷等方式来实现。相比于掺杂、自组装、相结构的设计，缺陷的引入更为简单，并且能够在材料内部保持较长时间，更好在器件中发挥效能。反位相界(apbs)作为一种新型纳米结构，在电阻状态的切换和调控方面具有独特优势。apb缺陷是晶体相邻区域晶胞尺寸的部分错位，其结构的特殊性使得它在外部信号下具有很好的可调谐性，体现在磁性氧化铁中的异常磁阻行为、反铁电体的反铁电性、太阳能电池和非线性光学集成中。在现有的研究中，研究者通过高分辨率透射电子显微镜下发现并证实了apb结构潜在的导电特性，但并未原位观测到缺陷、导电通道和阻变行为过程，它们之间的关联尚不可知，电场下复杂的离子和电子输运过程机理也难以理解，这些都阻碍了器件性能的进一步优化。因此，研究设计apb结构、寻找调控纳米丝的有效方法，对探索新材料、发展功能器件具有重要意义。继而有望应用于电阻式随机存储器，实现存储器的低功耗、可扩展性、高读写速度快和抗疲劳性。

3、因此，目前关于原位观测apb缺陷、导电通道的方法，仍有待于进一步完善。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种可力电调控的导电通道的构建方法，解决了现有技术中原位观测apb缺陷、导电通道和阻变行为过程较为困难的技术问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种可力电调控的导电通道的构建方法，包括如下步骤：

3、通过脉冲激光沉积法，于钛酸锶(sto)衬底上生长镧锶锰氧化物(lsmo)为底部电极层，再于所述lsmo的底部电极层上生长sto薄膜，设计所述lsmo的厚度，使所述sto薄膜的结构存在反位相界缺陷，形成导电通道；

4、获取所述sto薄膜的电子能量损失谱和电流-伏安特性曲线，验证所述导电通道在力电场下的调控性。

5、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述验证导电通道在力电场下的可调控性，具体包括以下步骤：

6、使用聚焦粒子束系统对所述sto薄膜制备透射电镜样品，调节能量，清洗所述透射电镜样品的非晶层两次，对所述透射电镜样品进行显微镜成像，设置采集参数，并进行图像采集，利用不同能量色散度，记录所述透射电镜样品的电子能量损失谱；

7、刮开sto薄膜样品上表面，露出lsmo的底部电极层，在lsmo上涂上银浆连接导线作为正极，使用导电原子力显微镜探针支架，给硅悬臂梁上装上涂有ti/ir的探针，探针接地，并将探针搭在顶部的sto薄膜上，通过对样品施加不同偏置电压测得导电纳米柱的电流-伏安特性曲线，并改变探针力的大小，测试不同力下导电纳米柱的电流-伏安特性曲线。

8、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述lsmo为laxsrymno3。

9、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述laxsrymno3为la0.67sr0.33mno3。

10、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述设置采集参数，包括采集半角和收敛半角、能量色散度。

11、在此技术方案的基础上，进一步优选地，设计所述lsmo厚度，其中，设计lsmo的厚度为17纳米，以使sto薄膜的结构存在反位相界缺陷。

12、在此技术方案的基础上，进一步优选地，sto衬底上生长lsmo作为底部电极层，生长条件为750℃，氧气压力80mtorr。

13、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述lsmo底部电极层上生长sto薄膜，生长条件为750℃，氧气压力5mtorr。

14、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述采集半角和收敛半角分别为10mrad、25mrad，能量色散度为0.25ev和1ev。

15、在此技术方案的基础上，进一步优选地，所述使用聚焦粒子束系统对所述sto薄膜制备透射电镜样品，粒子束为30kv的ga离子束。

16、在此技术方案的基础上，进一步优选地，清洗所述透射电镜样品的非晶层两次，条件分别是第一次清洗的能量2kv，第二次清洗的能量500-800ev。

17、本发明所述，相对于现有技术具有以下有益效果：

18、对apb结构难以被宏观操控的问题，提出了一种通过设计异质结，预制apb构筑高导电通道的方法，使apb可被力电宏观操控，为解释外场下导电纳米细丝的形成机制提供了新的见解，给操控二维缺陷提供了新的思路；

19、通过此方法得到的导电通道具备低接通电压，高开关比和良好的循环可调电阻开关性能，拓展了材料的应用性，在推动铁电材料应用在电阻式随机存取存储器的机电控制上具有十分重要的指导意义。

20、本发明所设计的apb结构、寻找调控纳米丝的有效方法，对探索新材料、发展功能器件具有重要意义，继而有望应用于电阻式随机存储器，实现存储器的低功耗、可扩展性、高读写速度快和抗疲劳性。

技术特征：

1.一种可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述验证导电通道在力电场下的调控性，具体包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述lsmo为laxsrymno3。

4.如权利要求3所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述laxsrymno3为la0.67sr0.33mno3。

5.如权利要求2所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述设置采集参数，包括采集半角和收敛半角、能量色散度。

6.如权利要求1所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述设计所述lsmo的厚度，其中，设计lsmo的厚度为17纳米，以使sto薄膜的结构存在反位相界缺陷。

7.如权利要求1所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述sto衬底生长lsmo为底部电极层，生长条件为750℃，氧气压力80mtorr，再于lsmo底部电极层的上生长sto薄膜，生长条件为750℃，氧气压力5mtorr。

8.如权利要求5所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述采集半角和收敛半角分别为10mrad、25mrad，能量色散度为0.25ev和1ev。

9.如权利要求1所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，所述使用聚焦粒子束系统对所述sto薄膜制备透射电镜样品，粒子束为30kv的ga离子束。

10.如权利要求2所述的可力电调控的导电通道的构建方法，其特征在于，清洗所述透射电镜样品的非晶层两次，条件分别是第一次清洗的能量2kv，第二次清洗的能量500-800ev。

技术总结本发明提出了一种可力电调控的导电通道的构建方法，包括以下步骤：通过脉冲激光沉积法，于STO衬底上生长LSMO的底部电极层，再于所述LSMO的底部电极层的层表面上生长STO薄膜，设计所述LSMO的厚度，使所述STO薄膜的结构存在反位相界缺陷，形成导电通道；获取所述STO薄膜的电子能量损失谱和电流‑伏安特性曲线，验证所述导电通道在力电场下的调控性；该方法解决了现有技术中原位观测APB导电通道形成过程、力电原位调控阻变行为过程较为困难的技术问题。技术研发人员：张园,刘钰欣,李江宇,黎长建,王扬河,钟高阔,黄博远受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23