Abstract
論文摘要 (ABSTRACT IN CHINESE) 近年來，新世代非揮發性記憶體應用於新穎儲存科技之研究與發展受到與日俱增的重視，其中主要包括了磁阻式記憶體、電阻式記憶體、鐵電式記憶體以及相變式記憶體。本論文主要為探討氧化鎂型元件應用於磁阻式記憶體以及電阻式記憶體之研究。此外，磁阻式記憶體當中不可或缺的鐵磁/反鐵磁交換異向性亦是本論文研究之重點。 本論文的第一部分為探討(002)銥錳/鈷鐵磊晶系統之交換異向性與其熱穩定性。此(002)銥錳/鈷鐵磊晶系統在磁滯曲線量測上展現出獨特之雙偏移特徵。當我們把具有較薄銥錳厚度的銥錳/鈷鐵樣品設定在負磁化狀態並將其放置在室溫下一段時後之後，我們可以發現其交換異向性場隨著時間增加而展現出由負至正之轉變。此轉變主要是由於銥錳界面自旋的鬆弛行為所造成。藉由將銥錳/鈷鐵樣品沿著不同方向放置在設定磁場中並將其保持在室溫下一段時間之後，銥錳界面自旋的鬆弛行為則更為顯著。另一方面，此銥錳界面自旋的鬆弛行為亦可藉由銥錳/鈷鐵樣品之雙偏移特徵來深入地了解。本部分的實驗結果顯示了此(002)銥錳/鈷鐵磊晶系統之雙偏移特徵可以做為銥錳界面自旋鬆弛行為的指標以及驗證銥錳界面自旋方向的改變。 本論文的第二部分為探討(002)鐵/氧化鎂/鐵穿隧式磁阻元件之製程與效能。我們利用高能量離子束濺鍍之方式在二氧化矽基板上以室溫製程成功製備出具有(002)優選方向的極薄氧化鋅/氧化鎂複合式緩衝層，並且在此緩衝層上成長具有(002)優選方向之鐵/氧化鎂/鐵結構。氧化鋅/氧化鎂複合式緩衝層的成長機制在此部分研究中亦有詳細的探討。另一方面，我們發展了磁阻式記憶體元件之細微化製程並且成功展示了(002)鐵/氧化鎂/鐵穿隧式磁阻元件之磁阻表現。 本論文的第三部分為探討鉑/氧化鎂/鉑電阻式記憶體元件之電阻轉換行為。此氧化鎂型電阻式記憶體元件展現出新穎且與電壓極性無關之無極性電阻轉換行為並且具有良好的耐久度特性與電阻態保存時間。此外，此氧化鎂型電阻式記憶體元件無需形成製程來初始化其電阻轉換行為，並且可以藉由不同的氧化鎂製程氣體來達到以氧化鎂之化學劑量比來控制形成製程之特性。另一方面，從氧化鎂型電阻式記憶體元件的電性分析結果可以推斷，其電阻轉換行為主要是源自於氧化鎂膜層內局部導電燈絲的形成與斷裂。進一步藉由歐傑電子能譜儀分析以及X射線光電子能譜儀分析並搭配氧化鎂型電阻式記憶體元件之低電阻態溫度相依性，我們可以推測氧化鎂型電阻式記憶體元件之電阻轉換行為主要是藉由金屬鎂導電燈絲之形成與斷裂。此外，由於金屬鎂導電燈絲之斷裂過程與電阻轉換電壓之極性無關，此結果暗示金屬鎂燈絲周圍產生之局部焦耳熱效應為其斷裂之主要原因。