本文關鍵詞：IGZO憶阻器件的溶液法制備與電性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人類的大腦神經系統(tǒng)通過神經突觸相互連結,形成一個具有認知能力的網絡。若能實現(xiàn)具有神經突觸功能的電子器件,并利用其構建神經網絡處理器,將對計算機硬件產生革命性的影響。本論文著眼于此,利用一種過渡金屬氧化物-銦鎵鋅氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide, IGZO)作為有源材料制備憶阻器件并模仿神經突觸的部分功能。制備IGZO薄膜的方法眾多,其中溶液法制備工藝簡單,可以在非真空、低溫條件下制備性能良好的薄膜,非常適合本論文材料與器件制備的需要。因此,論文通過溶液法在襯底上制備了IGZO薄膜作為有源介質層,同時基于溶液法在IGZO薄膜上制備了銀作為頂電極,形成憶阻器件,進而研究器件的電性能及神經模仿功能。具體而言,本文的研究工作包括以下6個部分。1.采用溶膠凝膠技術,以醋酸鋅、硝酸銦、硝酸鎵、乙二醇單甲醚(2-ME)和單乙醇胺(MEA)為原料制備IGZO反應前驅墨水,研究了穩(wěn)定劑對鋅前驅物溶解的影響,不同銦鎵前驅物對薄膜制備的影響。研究結果表明：選定鋅元素與單乙醇胺摩爾比為1：1.5時,醋酸鋅能夠良好地溶解于溶劑,選定銦和鎵的前驅物為硝酸物時,相比氯化物,其水解需要的能量更少,縮合反應進行得更快更明顯,制備的薄膜在同等溫度下晶格重構更明顯。2.采用旋涂技術,直接在AZO襯底上制備IGZO薄膜,研究了不同襯底、退火溫度、鋅元素比例以及旋涂層數(shù)對IGZO薄膜生長的影響。研究結果表明：當退火溫度為350-C,In:Ga:Zn=1:4:5時,在AZO襯底上生長的IGZO薄膜具有一定取向性,薄膜表面連續(xù)平整。3.采用溶膠凝膠技術,以檸檬酸銀、2-ME和MEA作為原料制備銀反應前驅墨水,研究了墨水濃度、旋涂層數(shù)以及退火溫度對銀薄膜形貌及導電性能的影響。研究結果表明：250*退火溫度條件下,使用每10ml 2-ME中溶解3g檸檬酸銀和4.29g MEA的墨水制備的雙層薄膜具有較好的薄膜形貌及導電性能。4.采用噴墨打印技術,在IGZO/AZO上制備銀點電極,研究了噴墨打印過程中驅動電壓頻率、斜率以及幅度對銀墨水飛行的影響,最終制備出不同半徑大小的銀點電極陣列。5.整合制備Ag/IGZO/AZO結構的器件,研究電壓編程對不同工藝參數(shù)的器件電性能影響,工藝參數(shù)主要包括IGZO介質層厚度以及銀點電極半徑。最終獲得了阻值可變且能保持記憶的器件,并通過電壓編程模擬突觸的可塑性。6.對性能良好的器件的測試數(shù)據(jù)進行初步擬合,發(fā)現(xiàn)其Ⅰ-Ⅴ特性與基于電化學金屬效應的跳躍導電行為吻合度較高。我們認為主要是銀的電離和銀離子的遷移,使銀導電細絲在IGZO中的形成與溶解,從而引起器件的阻值變化。
【關鍵詞】：IGZO薄膜 憶阻器件 溶液法制備 噴墨印刷 銀電極
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN05
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-29
• 1.1 論文研究背景及意義14-18
• 1.2 憶阻器件的阻變機理18-24
• 1.2.1 導電細絲機制18-20
• 1.2.2 介質導電機制20-24
• 1.3 憶阻器件的研究現(xiàn)狀24-26
• 1.3.1 基于IGZO的憶阻器件24-26
• 1.3.2 國內外研究狀況26
• 1.4 本論文的研究目標和主要工作26-29
• 第二章 材料制備方法及表征手段29-39
• 2.1 實驗儀器和材料29-30
• 2.1.1 實驗儀器29-30
• 2.1.2 實驗材料30
• 2.2 制備流程和方法30-34
• 2.2.1 絡合法制備墨水31
• 2.2.2 旋涂法制備薄膜31-33
• 2.2.3 噴印法制備點電極33
• 2.2.4 器件結構33-34
• 2.3 表征技術34-38
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡34-35
• 2.3.2 X射線衍射35
• 2.3.3 同步熱分析法35-36
• 2.3.4 紫外-可見光透射光譜36-37
• 2.3.5 四探針法37
• 2.3.6 半導體特性分析37-38
• 2.4 本章小結38-39
• 第三章 IGZO薄膜的制備及其性能研究39-51
• 3.1 IGZO墨水制備39-44
• 3.1.1 溶劑和穩(wěn)定劑的選取40-42
• 3.1.2 前驅物的選取42-44
• 3.2 IGZO薄膜制備44-50
• 3.2.1 襯底對薄膜生長的影響44-46
• 3.2.2 退火溫度對薄膜形貌的影響46-47
• 3.2.3 元素組分對薄膜形貌的影響47-48
• 3.2.4 旋涂層數(shù)對薄膜的影響48-50
• 3.3 本章小結50-51
• 第四章 銀點電極的制備及其性能研究51-65
• 4.1 銀墨水制備51-52
• 4.2 旋涂法制備銀薄膜52-56
• 4.2.1 墨水濃度對薄膜形貌的影響52-53
• 4.2.2 退火溫度對薄膜形貌的影響53-55
• 4.2.3 旋涂層數(shù)對薄膜形貌和性能的影響55-56
• 4.3 噴墨打印法制備銀點電極56-64
• 4.3.1 驅動電壓頻率對墨滴飛行的影響58-61
• 4.3.2 驅動電壓斜率對墨滴飛行的影響61-62
• 4.3.3 驅動電壓幅度對墨滴飛行的影響62-64
• 4.4 本章小結64-65
• 第五章 器件測試及性能研究65-83
• 5.1 器件電性能測試65-75
• 5.1.1 電壓幅度對器件電性能的影響66-70
• 5.1.2 電壓頻率對器件電性能的影響70-72
• 5.1.3 電極大小對阻值變化的影響72-74
• 5.1.4 負向激勵幅度對阻值變化的影響74-75
• 5.2 器件導電特性研究75-80
• 5.2.1 擬合用戶界面制作75-76
• 5.2.2 器件導電機制擬合分析76-80
• 5.3 器件光性能測試80-81
• 5.4 本章小結81-83
• 總結與展望83-86
• 全文總結83-85
• 展望85-86
• 特色與創(chuàng)新之處86-87
• 參考文獻87-91
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文與參與項目91-93
• 致謝93

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本文編號：369681