本文用磁控濺射和旋涂法成功制備了HfAlOx/γ-Fe2O3/HfAlOx堆棧結(jié)構(gòu),該堆棧結(jié)構(gòu)具有典型的雙極性電阻開關特性:在-1V讀取電壓下可獲得高達90的高/低電阻態(tài)阻值比,該比值可穩(wěn)定維持近50個循環(huán)周期,遠優(yōu)于相同條件下制備的γ-Fe2O3納米微粒薄膜.線性擬合電流-電壓對數(shù)曲線結(jié)果表明,低電阻態(tài)時,樣品漏電流特性滿足歐姆隧穿機制;高電阻態(tài)時,低電場下的漏電流以缺陷主導的空間電荷限制隧穿電流為主,高電場下為串聯(lián)內(nèi)置電阻的歐姆隧穿電流;該堆棧結(jié)構(gòu)的電阻開關特性是"體導電細絲通道"和"電場作用下界面勢壘改變"共同作用的結(jié)果. 

【文章來源】：中國科學:物理學 力學 天文學. 2015,45(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡版彩圖)HfAlOx/-Fe2O3/HfAlOx堆棧結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

鄭燁等.中國科學:物理學力學天文學2015年第45卷第3期037002-4分析儀測量了HFH堆棧結(jié)構(gòu)的電容和介電損耗隨測試頻率的變化曲線.利用公式=Cd/0A(其中0為真空介電常數(shù),d為薄膜厚度,C為測量電容值,A為電極面積)換算得出HFH堆棧結(jié)構(gòu)相對介電常數(shù)隨頻率的變化曲線(圖3).在(0.1–5MHz)的頻率范圍內(nèi),樣品的介電損耗<0.1,且相對介電常數(shù)隨頻率變化較小,1MHz測試頻率下樣品的相對介電常數(shù)約為22,該介電常數(shù)略高于單純的-Fe2O3納米微粒薄膜的介電常數(shù)(~18),充分證明采用HFH堆棧結(jié)構(gòu)可有效地提高-Fe2O3納米微粒薄膜的介電性能.3.3HFH樣品的電流-電壓特性曲線表征為了對比研究插入HfAlOx薄膜層前后-Fe2O3納米微粒薄膜的電流-電壓(I-V)特性,在相同制備條件下分別制備了200nm厚的HfAlOx和300nm厚的-Fe2O3納米微粒薄膜樣品為參比樣品.所有樣品的MIM電容器結(jié)構(gòu)先在2V的柵電壓下進行預擊穿處理,然后測量其在循環(huán)電壓(0→2→0→2→0V)掃描下的I-V曲線,所得實驗曲線均采用對數(shù)縱坐標表示如圖4.由圖4(a)可知,200nm厚的HfAlOx薄膜顯示出較好的絕緣性能,在±2V柵電壓范圍內(nèi)循環(huán)電壓掃描所得的I-V曲線彼此完全重合,這表明本文實驗制備的HfAlOx薄膜并不具有電阻開關特性.300nm厚的-Fe2O3納米微粒薄膜在循環(huán)電壓掃描下I-V曲線雖然呈現(xiàn)出高低兩個電阻態(tài)(圖4(b)),但是高低電阻態(tài)阻值相差不大.可能的原因是旋涂法制備的-Fe2O3納米微粒薄膜致密度,均勻性和表面平整度圖3(網(wǎng)絡版彩圖)HfAlOx/-Fe2O3/HfAlOx堆棧結(jié)構(gòu)的相對介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化的曲線Figure3(Coloronline)Frequency-dependenceofdielectricconstantanddielectriclossfortheHfAlOx/-Fe

鄭燁等.中國科學:物理學力學天文學2015年第45卷第3期037002-5圖4(網(wǎng)絡版彩圖)200nm厚的HfAlOx薄膜(a),300nm厚的-Fe2O3納米微粒薄膜(b)和100nmHfAlOx/300nm-Fe2O3/100nmHfAlOx堆棧結(jié)構(gòu)(c)的電流-電壓曲線圖Figure4(Coloronline)Typicalcurrent-voltagecurvesof(a)the200nm-thickHfAlOxfilm,(b)the300nm-thick-Fe2O3nano-particlefilmand(c)the100nmHfAlOx/300nm-Fe2O3/100nmHfAlOxstackedstructuresample.圖5(網(wǎng)絡版彩圖)HFH樣品在1V讀取電壓下提取的高/低電阻態(tài)阻值(RH/RL)(a)和置/復位(Vset/Vreset)電壓隨循環(huán)電壓掃描次數(shù)的變化關系圖(b)Figure5(Coloronline)Variationin(a)theextractedRHandRLatthereadingvoltageof1Vand(b)theswitchingvoltage(VsetandVreset)oftheHFHsampleasafunctionofthecyclenumbers.I-V曲線都滿足線性關系,如圖6所示.利用指數(shù)定律擬合實驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明,LRS時的I-V曲線的指數(shù)約為1.19,基本符合歐姆接觸隧穿機制(IV);而在HRS時,低電場下I-V曲線指數(shù)為2.02,符合child’s平方定律(IV2),漏電流以缺陷主導的空間電荷限制電流為主;而高電場下I-V曲線指數(shù)減小到0.82,略小于歐姆接觸隧穿機制指數(shù)1,且此時樣品的等效電阻遠大于LRS的電阻值.可能的原因如下:大于0.1V的柵電壓使得HFH樣品中的-Fe2O3微粒薄膜處于軟擊穿狀態(tài),但上下HfAlOx薄膜層依然保持較好的絕緣性,因此樣品的漏電流為串聯(lián)內(nèi)電阻的歐姆接觸隧穿電流.3.6HFH樣品電阻開關物理機制探討迄今為止,氧化物薄膜MIM結(jié)構(gòu)電阻開關的物理機制主要分為導電細絲通道(FilamentaryConduc-tivePath)[23]和界面型導電通道(Interface-typePath)[24]兩大類.圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]HfOx緩沖層對γ-Fe2O3納米微粒膜電阻開關特性的影響[J]. 劉志江,張守英,霍進遷,李建,邱曉燕.  中國科學:物理學 力學 天文學. 2014(04)
[2]下電極對ZnO薄膜電阻開關特性的影響[J]. 李紅霞,陳雪平,陳琪,毛啟楠,席俊華,季振國.  物理學報. 2013(07)
[3]氧化釩薄膜的微結(jié)構(gòu)及阻變特性研究[J]. 韋曉瑩,胡明,張楷亮,王芳,劉凱.  物理學報. 2013(04)



本文編號：3289436