TiO_x基金屬插層器件的阻變性能與機(jī)制的研究

發(fā)布時(shí)間：2020-04-24 11:53

【摘要】：阻變存儲(chǔ)器的研究發(fā)展已經(jīng)過去了幾十年,盡管已經(jīng)有成品問世,但對阻變機(jī)理的仍然不是非常清晰,所以在對阻變材料的進(jìn)行不斷的研究的同時(shí),阻變機(jī)理的研究仍然是當(dāng)今研究的重點(diǎn)。目前大體上把阻變存儲(chǔ)器分為兩類,一類為電子型阻變存儲(chǔ)器——具有優(yōu)異的一致性,功耗可以隨著器件特征尺寸的減小而減小,便于高密度集成等優(yōu)點(diǎn),但擦寫循環(huán)與保持能力差;一類為離子型阻變存儲(chǔ)器——具有優(yōu)秀的擦寫循環(huán)與保持能力,但一致性、可靠性比較差,存在高功耗的問題。耐擦寫循環(huán)能力與保持能力差制約了電子型阻變存儲(chǔ)器的發(fā)展,所以本文以Al/TiO_x/Al(ATA)電子型阻變器件為基礎(chǔ),通過改變阻變層TiO_x厚度以及對器件的上界面插入Al,Ti,V三種金屬層,來改善ATA電子型阻變器件循環(huán)能力與保持能力。論文實(shí)驗(yàn)樣品的制備涉及磁控濺射,離子束濺射,電子束蒸發(fā)等工藝——其中上下Al電極由電子束蒸發(fā)制備,TiO_x阻變層由磁控濺射制備,金屬插層由離子束濺射制備。實(shí)驗(yàn)樣品的測試涉及半導(dǎo)體參數(shù)分析儀,X射線光電子能譜分析,多模式掃描探針顯微鏡——其中半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測試器件電學(xué)性能,X射線光電子能譜分析與多模式掃描探針顯微鏡用來分析材料的化學(xué)價(jià)態(tài)及形貌特征。首先本論文探索了不同厚度TiO_x薄膜對ATA結(jié)構(gòu)阻變器件耐擦寫性能的影響,證明不同厚度的TiO_x薄膜對電子的俘獲和釋放產(chǎn)生影響,并通過對I-V曲線擬合分析進(jìn)一步證明ATA結(jié)構(gòu)器件阻變的主要因素是缺陷對電子的俘獲和釋放。然后在此基礎(chǔ)上選取合適的TiO_x厚度,對ATA結(jié)構(gòu)阻變器件的上界面層插入不同金屬層(Al,Ti和V),證明了插入Al,Ti金屬層可以有效的改善ATA結(jié)構(gòu)阻變器件的阻變性能,并且金屬插層厚度是影響阻變性能的關(guān)鍵參數(shù)。最后對插層器件不同循環(huán)I-V曲線的擬合對比,以及對器件進(jìn)行溫度測試,計(jì)算出循環(huán)前后的活化能值,證明了Al插層可以保持器件阻變層缺陷濃度,提高阻變性能;Ti插層可以提高器件阻變層的陷阱深度以及缺陷密度,從而提高阻變性能。本論文使用了對ATA結(jié)構(gòu)阻變器件上界面層插入插層的方法改善了電子型阻變器件的性能,并對不同金屬插層對器件性能改善的阻變機(jī)制進(jìn)行了研究,對研究電子型阻變機(jī)制,制備更高性能的阻變器件具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

示意圖,三明治結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)器,示意圖