本文關(guān)鍵詞： ZrO_2薄膜 阻變特性 溶膠-凝膠法 微細(xì)加工 阻變機(jī)理　出處：《西安理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：阻變存儲器(RRAM)因其響應(yīng)度快,穩(wěn)定性高,功耗低等優(yōu)點(diǎn)有望成為新一代的存儲器,這類存儲器的開發(fā)應(yīng)用涉及到的問題很多,但以阻變層材料、電極材料及微細(xì)加工等尤為關(guān)鍵。該論文主要圍繞這幾個(gè)問題,探討了氧化鋯作為阻變層的可行性、電極對阻變機(jī)理的影響機(jī)制、微細(xì)加工及微小尺寸阻變特性的實(shí)時(shí)測試等問題。首先,研究了溶膠-凝膠制備氧化鋯薄膜的方法及熱處理溫度對薄膜組織結(jié)構(gòu)的影響,通過不同熱處理溫度可以獲得不同結(jié)構(gòu)的薄膜,即在300℃下熱處理獲得的為非晶的ZrO_2薄膜;在500℃下獲得的微晶態(tài)的ZrO_2薄膜;在700℃下獲得的多晶四方相結(jié)構(gòu)的ZrO_2薄膜。研究發(fā)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)及電極對氧化鋯阻變特性及機(jī)理具有重要影響,在以銻摻雜的氧化錫(ATO)薄膜作為底電極的情況下,以Cu作為頂電極時(shí),阻變機(jī)理為以Cu導(dǎo)電細(xì)絲的形成為主。Cu/ZrO_2/ATO阻變器件表現(xiàn)為雙極性阻變特性,且以300℃熱處理獲得的非晶組織為好;而以Pt作為頂電極時(shí),阻變機(jī)理為以氧空穴形成的導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制。Pt/ZrO_2/ATO阻變器件表現(xiàn)為單極性阻變特性,且以500℃熱處理的微晶態(tài)ZrO:薄膜的阻變特性較好。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),以Pt作為頂電極,通過給氧化鋯薄膜適量摻雜Cu可以改變ZrO_2薄膜的阻變機(jī)理,使其由以Cu導(dǎo)電細(xì)絲的形成機(jī)制變?yōu)橐匝蹩昭ㄐ纬傻膶?dǎo)電細(xì)絲機(jī)制為主。并導(dǎo)致其由單極性變?yōu)殡p極性。即摻雜可以調(diào)控氧化鋯阻變器件的阻變類型。研究了50-300K(-223-27℃)溫度區(qū)間阻變特性隨溫度的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)ZrO_2薄膜的電阻率變化會隨著溫度的下降而減小,Cu/ZrO_2/ATO阻變器件在50K(-223℃)時(shí),阻變特性明顯減小,但阻變穩(wěn)定性提高,開關(guān)比(Roff/rON)降低。這主要是因?yàn)殡S著溫度降低,Cu的擴(kuò)散系數(shù)減小的同時(shí)焦耳熱效應(yīng)也相應(yīng)減小的緣故。結(jié)合化學(xué)修飾劑法制備了感光性氧化結(jié)紫外感光特性凝膠薄膜,研究了直接感光法制備氧化鋯阻變薄膜微細(xì)圖形的可能性。通過雙光束曝光法獲得了格點(diǎn)尺寸為1μm的ZrO_2微陣列。進(jìn)一步搭建了微小圖形實(shí)時(shí)阻變性能檢測系統(tǒng)。以原子力導(dǎo)電探針作為頂電極,在掃描阻變氧化鋯薄膜的表面微區(qū)形貌的同時(shí)可進(jìn)行微區(qū)的阻變性能研究。通過自行搭建的原位阻變性能測試平臺獲得了格點(diǎn)尺寸為1μm的ZrO_2微陣列微細(xì)圖形的電阻轉(zhuǎn)變特性曲線。
[Abstract]:Resistive memory (RRAM) is expected to become a new generation of memory because of its fast response, high stability and low power consumption. The development and application of this kind of memory involves a lot of problems, but it is made of resistive layer materials. Electrode materials and micro-fabrication are particularly critical. The feasibility of zirconia as a barrier layer and the influence mechanism of electrode on resistance mechanism are discussed around these problems in this paper. Micro-fabrication and real-time measurement of micro-size resistance. Firstly, the method of preparing zirconia thin films by sol-gel and the effect of heat treatment temperature on the microstructure of the films were studied. The films with different structure can be obtained by heat treatment at different temperatures, that is, amorphous ZrO_2 films can be obtained by heat treatment at 300 鈩，

本文編號：1469038