本文關(guān)鍵詞：基于柔性襯底的ZnO薄膜阻變特性研究

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【摘要】：雖然Flash技術(shù)在當今半導(dǎo)體存儲領(lǐng)域仍然占有很大市場,但是由于Flash技術(shù)高的操作電壓(5V以上)、低的操作速度以及低的存儲密度等缺點,使其無法滿足未來使用要求而作為下一代存儲器使用。目前,有基于不同原理的多種存儲器被認為是可以取代Flash技術(shù)且可以滿足未來對存儲器的使用要求。在這些存儲器中,鐵電存儲器、相變存儲器、磁存儲器和阻變存儲器因其自身的存儲優(yōu)點被認為最有潛力成為下一代非揮發(fā)性存儲器。在這四種非揮發(fā)性存儲器中,通過區(qū)分兩種不同阻值狀態(tài)來定義邏輯上的“0”和“1”的阻變存儲器,因為具有良好的抗疲勞特性、較小的操作電壓、與傳統(tǒng)硅基CMOS工藝兼容等優(yōu)點而最具潛力成為下一代存儲器的候選者�？赡娴淖枳冃袨樵谟袡C材料、鈣鈦礦化合物、固態(tài)電解質(zhì)和過渡族金屬氧化物等諸多材料種類中均已發(fā)現(xiàn)。另一方面,在未來電子應(yīng)用信息存儲領(lǐng)域,柔性非揮發(fā)存儲器因具有薄的厚度、輕的重量、可彎折、能印刷和延展性好而引起的國內(nèi)外研究人員的興趣。目前,關(guān)于柔性阻變存儲器的使用國內(nèi)外研究人員進行了大量的研究工作。ZnO薄膜具有阻變性能,并且作為阻變薄膜時可同時擁有單極性和雙極性現(xiàn)象、可靠的保存時間、抗疲勞性等優(yōu)點,因此ZnO薄膜作為阻變材料被廣泛研究。為了提高ZnO薄膜的阻變性能,摻雜和做成多層結(jié)構(gòu)是兩種有效的可行方法。在本論文中,采用脈沖激光沉積法,室溫條件下在柔性襯底PET上生長了純ZnO薄膜和Cu摻雜的ZnO薄膜,研究了其結(jié)構(gòu)和阻變特性。研究了不同氧分壓、激光能量和薄膜厚度對ZnO薄膜阻變特性的影響,得到了采用脈沖激光法沉積ZnO阻變薄膜的最佳工藝參數(shù)。利用最佳工藝參數(shù)在PET襯底上沉積了摻雜Cu濃度分別為1 mol%、3 mol%和5 mol%的ZnO薄膜。研究薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能。研究結(jié)果表明:1、采用脈沖激光法制備ZnO阻變薄膜的最佳工藝參數(shù)分別是10Pa氧分壓、100 mJ激光能量、160 nm薄膜厚度;2、ZnO薄膜在PET襯底上具有高度的(002)取向,柱狀結(jié)構(gòu)生長;3、發(fā)現(xiàn)純ZnO薄膜的抗疲勞特性差、高低阻值不穩(wěn)定,與純ZnO薄膜比較發(fā)現(xiàn),摻Cu后的薄膜高低阻值波動小、抗疲勞特性好、較長的保存時間,而nCu=3 mol%的薄膜阻變行為達到了最好狀態(tài);4、為了研究導(dǎo)電機制,對薄膜的I-V曲線進行了log I-log V擬合,發(fā)現(xiàn)在低阻態(tài)時,符合歐姆導(dǎo)電特性,在高阻態(tài)時,則符合歐姆導(dǎo)電特性和空間電荷限制電流效應(yīng);5、對器件的抗彎折性進行了測試,nCu=3 mol%的ZnO薄膜連續(xù)彎折以后器件扔保持優(yōu)良的抗疲勞特性,研究結(jié)果表明此器件在柔性存儲器領(lǐng)域是有力的候選者。
【關(guān)鍵詞】：阻變存儲器 脈沖激光沉積 Cu摻雜ZnO薄膜
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ132.41;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 新型非揮發(fā)存儲器12-17
• 1.2.1 鐵電存儲器12-13
• 1.2.2 相變存儲器13-14
• 1.2.3 磁存儲器14-16
• 1.2.4 阻變存儲器16-17
• 1.3 阻變存儲器的性能參數(shù)及研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 阻變存儲器的性能參數(shù)17-18
• 1.3.2 阻變存儲器的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4 ZnO的基本性質(zhì)21-22
• 1.4.1 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)21
• 1.4.2 ZnO的阻變特性21-22
• 1.5 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點22-24
• 第二章 薄膜的制備與表征方法24-31
• 2.1 脈沖激光沉積(PLD)制備方法的介紹24-26
• 2.2 薄膜的微觀結(jié)構(gòu)表征方法26-28
• 2.2.1 X射線衍射儀26-27
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡27-28
• 2.2.3 X射線光電子能譜28
• 2.3 薄膜阻變特性測試28-31
• 2.3.1 電極的制備28-29
• 2.3.2 阻變性能測試29-31
• 第三章 ZnO薄膜的制備工藝與性能研究31-41
• 3.1 氧分壓對ZnO薄膜結(jié)構(gòu)及阻變性能的影響31-37
• 3.1.1 實驗31-33
• 3.1.2 氧分壓對ZnO薄膜阻變性能的影響33-37
• 3.2 激光能量對ZnO阻變性能的影響37-38
• 3.3 薄膜厚度對ZnO薄膜阻變性能的影響38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第四章 Cu摻雜濃度對ZnO薄膜阻變性能的影響41-51
• 4.1 摻Cu的ZnO(Cu:ZnO)陶瓷靶材的制備41-42
• 4.2 Cu摻雜對ZnO薄膜的表面形貌影響42-43
• 4.3 Cu摻雜對ZnO阻變薄膜阻變性能的影響43-49
• 4.3.1 Cu摻雜對ZnO阻變薄膜操作電壓的影響43-45
• 4.3.2 Cu摻雜對ZnO阻變薄膜抗疲勞特性的影響45-48
• 4.3.3 Cu摻雜ZnO阻變薄膜保持特性和抗彎折特性測試48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 第五章 薄膜阻變行為的阻變機理51-58
• 5.1 氧化物薄膜材料的阻變機理51-52
• 5.1.1 空間電荷限制電流效應(yīng)(SCLC)51-52
• 5.1.2 普爾-法蘭克(Poole-Frenkel, PF) 效應(yīng)52
• 5.1.3 肖特基(Schottky)發(fā)射效應(yīng)52
• 5.2 ZnO薄膜的阻變機理研究52-54
• 5.2.1 I-V曲線的擬合53
• 5.2.2 多值阻變(multilevel resistance switching, multilevel RS)現(xiàn)象53-54
• 5.3 ZnO薄膜的細絲導(dǎo)電機理54-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第六章 結(jié)論58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-65
• 研究生期間獲得的成果65-66

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本文編號：569394