本文關鍵詞： ZrO_2薄膜 阻變特性 溶膠-凝膠法 微細加工 阻變機理　出處：《西安理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：阻變存儲器(RRAM)因其響應度快,穩(wěn)定性高,功耗低等優(yōu)點有望成為新一代的存儲器,這類存儲器的開發(fā)應用涉及到的問題很多,但以阻變層材料、電極材料及微細加工等尤為關鍵。該論文主要圍繞這幾個問題,探討了氧化鋯作為阻變層的可行性、電極對阻變機理的影響機制、微細加工及微小尺寸阻變特性的實時測試等問題。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構的影響,通過不同熱處理溫度可以獲得不同結構的薄膜,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構的ZrO_2薄膜。研究發(fā)現(xiàn)組織結構及電極對氧化鋯阻變特性及機理具有重要影響,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,阻變機理為以Cu導電細絲的形成為主。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,阻變機理為以氧空穴形成的導電細絲機制。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薄膜的阻變機理,使其由以Cu導電細絲的形成機制變?yōu)橐匝蹩昭ㄐ纬傻膶щ娂毥z機制為主。并導致其由單極性變?yōu)殡p極性。即摻雜可以調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,阻變特性明顯減小,但阻變穩(wěn)定性提高,開關比(Roff/rON)降低。這主要是因為隨著溫度降低,Cu的擴散系數(shù)減小的同時焦耳熱效應也相應減小的緣故。結合化學修飾劑法制備了感光性氧化結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圖形的可能性。通過雙光束曝光法獲得了格點尺寸為1μm的ZrO_2微陣列。進一步搭建了微小圖形實時阻變性能檢測系統(tǒng)。以原子力導電探針作為頂電極,在掃描阻變氧化鋯薄膜的表面微區(qū)形貌的同時可進行微區(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尺寸為1μm的ZrO_2微陣列微細圖形的電阻轉變特性曲線。
[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