發(fā)布時間：2017-10-15 08:06

  本文關(guān)鍵詞：溶液法制備的ZnO基薄膜及其阻變存儲器的研究

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【摘要】：隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子系統(tǒng)對存儲器的要求越來越高,特別是隨著可移動智能設(shè)備、云計算機、云存儲和高清影音的出現(xiàn)。存儲器正朝著高速、大容量、高存儲密度、低功耗的方向發(fā)展,但是傳統(tǒng)的硅工藝存儲技術(shù)已經(jīng)日趨其技術(shù)極限。同時,硅工藝也存在成本高、功耗大等問題。單純靠微縮技術(shù)的進步已經(jīng)很難使硅基存儲器滿足未來存儲技術(shù)的要求。相變存儲器(PRAM)、鐵電存儲器(FeRAM)、磁阻式存儲器(MRAM)和阻變存儲器(RRAM)等新型的存儲技術(shù)以其各自的優(yōu)點,吸引了越來越多研究人員的興趣。其中阻變存儲器以其結(jié)構(gòu)簡單、操作速度快、功耗低、與CMOS工藝兼容等優(yōu)點成為最具潛力的下一代非揮發(fā)性存儲器之一。ZnO基薄膜具有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)性能,其良好的阻變特性也已經(jīng)被報道,但是基于ZnO基材料的阻變器件的制備方法、材料選擇和很多其他因素尚未得到系統(tǒng)的探討。因此本文從材料制備到器件性能測試,系統(tǒng)地研究ZnO基薄膜材料的阻變特性及器件應(yīng)用。本文采用溶液法配制ZnO基材料溶液,探究穩(wěn)定劑對溶液的穩(wěn)定性、成膜性的影響。實驗結(jié)果表明,過量的乙醇胺能提高溶液的穩(wěn)定性,同時也能提高溶液所制備薄膜的質(zhì)量。選用硝酸銀和檸檬酸鈉為反應(yīng)物生成檸檬酸銀,并以其作為銀源,1,2丙二胺為絡(luò)合劑’,配制不同溶劑的銀墨水。通過對比實驗,發(fā)現(xiàn)以甲醇和異丙醇混合液為溶劑的銀墨水,采用噴墨打印,在ZnO基薄膜上具有良好的成型和成膜性。在ITO玻璃襯底上,以ZnO基薄膜作為阻變介質(zhì)層、銀薄膜作為電極組裝成金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal, MIM)結(jié)構(gòu)的阻變存儲器,分析不同ZnO基材料阻變開關(guān)行為的微觀物理機制。通過測量器件的Ⅰ-Ⅴ特性曲線,研究了Ag/ZnO/ITO、 Ag/GZO/ITO和Ag/IGZO/ITO器件的阻變開關(guān)特性,其阻變行為可歸因于阻變介質(zhì)層中的銀導(dǎo)電細絲的形成與斷裂。Ag/IZO/ITO器件則無穩(wěn)定的阻變開關(guān)現(xiàn)象。通過比較具有不同厚度阻變介質(zhì)層的Ag/IGZO/ITO器件,研究阻變層厚度對器件性能的影響。結(jié)果表明,隨著阻變層厚度的增加,器件的forming.'set'和'reset'都在增加,器件的電學(xué)參數(shù)波動也增大。通過與基于重摻雜硅襯底的Ag/IGZO/Si阻變器件對比,發(fā)現(xiàn)在ITO玻璃襯底上的器件具有更好的阻變開關(guān)特性,器件高阻態(tài)的穩(wěn)定性更好。單極性Ag/IGZO/ITO器件的可靠性測試表明,同一襯底上器件的初始阻值、低阻態(tài)阻值和高阻態(tài)阻值均在可接受的范圍區(qū)間內(nèi)分布。器件性能測試表明基于MIM結(jié)構(gòu)的Ag/IGZO/ITO阻變存儲器的存儲窗口超過兩個數(shù)量級,具有良好的耐疲勞特性、數(shù)據(jù)保持特性和可讀性。
【關(guān)鍵詞】：阻變存儲器 ZnO IGZO 阻變特性 噴墨打印
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333;O484.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 傳統(tǒng)的存儲技術(shù)14-17
• 1.1.1 隨機存儲器14-16
• 1.1.2 Flash存儲器16-17
• 1.2 新型存儲技術(shù)17-21
• 1.2.1 相變存儲器17-18
• 1.2.2 磁阻式存儲器18-19
• 1.2.3 鐵電存儲器19-20
• 1.2.4 阻變式存儲器20-21
• 1.3 阻變存儲器的研究進展21-23
• 1.3.1 阻變特性物理機制的研究22-23
• 1.3.2 電極、阻變層材料的研究23
• 1.4 ZnO基薄膜23-24
• 1.5 本論文的研究目的和主要內(nèi)容24-26
• 1.5.1 本論文的研究目標24-25
• 1.5.2 本論文的主要內(nèi)容25-26
• 第二章 實驗方法及表征手段26-35
• 2.1 實驗器材26-27
• 2.2 薄膜制備方法27-29
• 2.2.1 凝膠-溶膠(sol-gel)法27
• 2.2.2 金屬絡(luò)合反應(yīng)與銀墨水制備27
• 2.2.3 旋涂(spin-coating)法27-28
• 2.2.4 噴墨打印(ink-jet printing)法28-29
• 2.3 薄膜、器件的表征方法與原理29-35
• 2.3.1 薄膜表面形貌、成分與掃描電子顯微鏡、能量色散譜29-31
• 2.3.2 物相與X射線衍射31
• 2.3.3 反應(yīng)溫度與熱重分析和示差掃描量熱法31-32
• 2.3.4 方塊電阻與四探針測試儀32-34
• 2.3.5 I-V特性曲線與半導(dǎo)體特征分析系統(tǒng)34-35
• 第三章 薄膜的制備35-50
• 3.1 ZnO基材料薄膜的制備35-43
• 3.1.1 引言35
• 3.1.2 ZnO基材料溶液的配制及穩(wěn)定劑的影響35-40
• 3.1.3 ZnO基材料薄膜的制備40-43
• 3.2 銀電極的制備43-49
• 3.2.1 引言44
• 3.2.2 銀導(dǎo)電墨水的制備44-46
• 3.2.3 銀電極的制備46-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 ZnO基阻變存儲器的制備與阻變特性研究50-68
• 4.1 ZnO基薄膜的阻變特性50-55
• 4.1.1 引言50
• 4.1.2 阻變器件制備50-51
• 4.1.3 器件的測試51
• 4.1.4 結(jié)果與分析51-55
• 4.1.5 本節(jié)小結(jié)55
• 4.2 IGZO阻變層厚度對阻變特性的影響55-60
• 4.2.1 引言55
• 4.2.2 實驗過程55-56
• 4.2.3 結(jié)果與分析56-59
• 4.2.4 本節(jié)小結(jié)59-60
• 4.3 襯底對阻變特性的影響60-62
• 4.3.1 引言60
• 4.3.2 實驗過程60
• 4.3.3 結(jié)果與分析60-62
• 4.4 IGZO阻變存儲器可靠性測試62-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 總結(jié)與展望68-71
• 特色與創(chuàng)新之處71-72
• 參考文獻72-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文與參與項目78-80
• 致謝80

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本文編號：1035989