S. Giri 等人[32],利用氧化鎳(NiO)作為 metal/oxide/metal (MOM) 中的氧化層,
量測改變外加磁場下觀察電阻切換特性所發生的變化。首先 Fig.30 我們可以看到 Au/NiO/Ag 的元件結構下是單極切換特性,NiO 厚度約為 25nm,在低溫 20K 的情 況下 Set 電壓約為 15V,並且具有約 7 個 order 的阻值切換比,並且改變施加電壓 的變動速率,會量測到 Set 行為發生所需的電壓值變小。
Fig.30 Au/NiO/Ag 結構低溫 20K 下電阻切換特性(左)電阻切換發生與極性無關(右)Set 電壓受電壓改 變速率影響[32]
為了確定 NiO 的行為與溫度的關係,作者改變溫度下觀察 Set 電壓位置的變 化(Fig.31),並得知 Set 行為與薄膜受熱激發有關,在越低溫的情況下需要越大的 Set 電壓才可以切換阻態。
另外對 NiO 薄膜施加磁場 0-10 kOe,並量測薄膜的 Set 行為,如 Fig.32,隨施 加磁場的增強,薄膜的 Set 電壓具有明顯的下降,並且 HRS 之阻值下降,切換的 阻值比下降,當達到 6 kOe 以上的磁場強度時,電阻切換的效應消失,HRS 的阻 值趨近於 LRS。
~ 30 ~
Fig.31 Au/NiO/Ag 結構在 30-300K 溫度下的 Set 行為[32]
Fig.32 在低溫 20K 下變動磁場強度來量測 Set 行為[32]
Vishal Thakare 等 人 的 研 究 中 [34] , 利 用 PLD 製 作 薄 膜 , 將 La0.66Sr0.34MnO3(LSMO)沉積於單晶的 LAO(001)基板上 100nm,遮擋出將要沉積 CoFe2O4(CFO)的區域後,再沉積 LSMO 20nm 作為底層,在此之上沉積 CFO 2 nm、
4 nm、6 nm 不同厚度作為上層(Fig.33),以 CoFe2O4/La0.66Sr0.34MnO3異質結構
~ 31 ~
(heterostructure)的薄膜,研究低磁場強度範圍的變化下對電阻切換的影響。
首先在沒有外加磁場的情況下,改變 CFO 的厚度,可以觀察到電阻切換效應 下 HRS 與 LRS 的阻值變化,在此實驗中 HRS 與 LRS 的阻值比隨厚度的增加,阻 值比會先升後降,而面積較大者也會表現出無論 HRS 與 LRS 的阻值皆比面積較小 者來得小(Fig.34)。
而在改變外加磁場強度下,電阻切換會隨施加磁場的增強使得所需的 Set 電壓 下降(Fig.35),HRS 的阻值會隨著磁場的增強而增加,LRS 的阻值隨著磁場的增強 而下降(Fig.37),並且 CFO 的厚度越薄,改變外加磁場下切換電壓的變化越劇烈,
也就是說較容易受磁場來影響電阻切換(Fig.36),
在此 Vishal Thakare 等人認為,無外加磁場下,靠近 CFO 與 LSMO 之間介面 的 LSMO 內會具有氧空缺,此時是 HRS,當 LSMO 連接陽極和 CFO 連接陰極施 加電壓時,LSMO 內部靠近介面處的氧空缺會往 CFO 移動,當 LSMO 內氧空缺分 佈的空間縮減後即切換至 LRS,在這裡作者假定對薄膜施加電壓時,可以看作 CFO 薄膜所受到的電壓 V2,以及 LSMO 靠近介面處分佈著氧空缺的區域所受到的電壓 V1,當薄膜受到磁場作用下分佈著氧空缺的區域所受到的電壓變為 V1',而 CFO 薄膜的部分受到的電壓為 V2',由上段落所提到的施加磁場下電阻切換會隨施加磁 場的增強使得所需的 Set 電壓下降,推論分佈著氧空缺的區域所受到的電壓在外加 磁場下會較大,即 V1'>V1。(Fig.38)
Fig.33 CoFe2O4/La0.66Sr0.34MnO3沉積於 LAO(001)基板上量測 I-V 示意圖[34]
~ 32 ~
Fig.34 電阻切換的特性受 CFO 厚度變化(黑)2nm(紅)4nm(綠)6nm 以及面積大小(小圖)洋紅的為 2mm╳3mm,藍色為 500μm╳500μm[34]
Fig.35 改變外加磁場下量測電阻切換效應[34]
Fig.36 CFO 厚度越薄受外加磁場影響的切換電壓越明顯[34]
~ 33 ~
Fig.37 改變磁場下(黑)HRS 的阻值隨磁場增強而增加(紅)LRS 的阻值隨磁場增強而降低[34]
Fig.38 CFO/LSMO 在有(無)外加磁場下的電阻切換(a)無施加磁場與電場下,CFO 與 LSMO 介面上 氧空缺的分佈(b)當 LSMO 作為陽極 CFO 作為陰極時氧空缺向 CFO 移動(c)氧空缺分佈空間的縮減
而切換為 LRS(d)外加磁場下氧空缺分佈空間所受到的電壓較大[34]
~ 34 ~
A. Asamitsu 等人的研究中以 Pr1-xCaxMnO3(PCMO)作為量測的材料[33],當 Ca 所佔的比例 x 介於 0.3-0.5 之間時,材料會呈現出電荷有序(charge-ordered,CO)反 鐵磁性(antiferromagnetic,AFM) 的絕緣體(insulator),在絕對溫度 230K 下,晶體 空間中所佔比例 1:1 的 Mn3+與 Mn4+離子會被鎖定在磁矩排列呈現反鐵磁性,當 低 於 材 料 的 Ne´el temperature 170K 時 , 材 料 呈 現 鐵 磁 雙 交 換 作 用 的 特 性 (ferromagnetic double-exchange interaction)。
作者將 Pr0.7Ca0.3MnO3以四點探針量測的方式,四點電極呈直線排列,最外緣 兩側電極施加一個穩定的電流源,在內側兩點電極量測開路電壓,可以計算得到 內側兩電極之間 PCMO 的阻值再計算得到電阻率(Fig.39)。
並且在絕對溫度 20K,施加 0-1000V 的電壓觀察到電阻切換的現象(Fig.40),
可以發現到當施加的電壓加至 700V 左右時阻態快速由 HRS 降至 LRS,再將施加 電壓降至 200V 左右時阻態又重回至 HRS。
當在外加磁場下量測此電阻切換的效應時,作者以不同的外加磁場對固定磁 場 4T 作比較(Fig.41),發現到隨外加磁場的增加,所需的切換電壓越小,以及對應 不同溫度下材料的相轉變(Fig.42)。
Fig.39 對 PCMO 施加穩定電流源並降溫,量測其電阻變化[33]
~ 35 ~
Fig.40 絕對溫度 20K 下量測到改變施加於 PCMO 的電壓具有可逆的電阻改變[33]
Fig.41 絕對溫度 20K 隨不同磁場強度(a)T=0(b)T=2(c)T=3 與 4T 磁場強度下 PCMO 的電特性[33]
~ 36 ~
Fig.42 不同磁場下(上)隨磁場增強所需的切換電壓下降(下)PCMO 對應溫度材料的相轉變[33]