發(fā)布時間：2017-09-03 16:28

  本文關(guān)鍵詞：ZnO基薄膜阻變存儲器的可靠性研究

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【摘要】：當今時代，信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異，存儲器已經(jīng)在各種電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，為我們的日常工作和生活帶來了很大的便捷。進而，人們對存儲器的性能提出了更高的需求，如訪問速度快、功耗低、尺寸小、壽命長、非揮發(fā)性等。如今，相變存儲器（PRAM）、鐵電存儲器（FRAM）、磁阻存儲器（MRAM）、阻變存儲器（RRAM）等以非電荷形式存儲數(shù)據(jù)的新型非揮發(fā)性隨機訪問存儲器受到了很大的關(guān)注。阻變存儲器具有很多獨特的優(yōu)點，如簡單的結(jié)構(gòu)、很高的存儲密度、快速的讀寫、可長時間保持數(shù)據(jù)、可三維集成等；此外，阻變存儲器的制作與硅基CMOS工藝相兼容，這為其實際生產(chǎn)應(yīng)用提供了強有力的保證。ZnO是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，在熱電、氣敏、壓電、光電等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近年來，對ZnO基薄膜電阻開關(guān)特性的研究也日漸增多。不過，ZnO基薄膜電阻開關(guān)的可靠性依然很弱，為了使器件能夠早日達到實用化的標準，有必要對其可靠性進行研究，從性能和機理上作出進一步的闡明。 本文采用真空鍍膜設(shè)備制作TE/ZnO/BE（TE，top electrode，為上電極；BE，bottomelectrode，為下電極）三明治結(jié)構(gòu)的電阻開關(guān)器件，其中，利用直流磁控濺射制備ZnO薄膜，通過電子束蒸發(fā)沉積電極。為了對ZnO薄膜和阻變開關(guān)器件進行分析，使用了紫外-可見光譜儀、薄膜厚度測試儀、X射線衍射儀、掃描電鏡、I-V特性測試儀等設(shè)備。研究了薄膜厚度、下電極材料、Ti摻雜對器件開關(guān)特性的影響，主要得到了如下的結(jié)論： （1）制備了Cu/ZnO/n+-Si結(jié)構(gòu)的器件。器件的電阻開關(guān)特性受ZnO薄膜厚度的影響很明顯，非常薄和比較厚的ZnO薄膜電阻開關(guān)器件，都不會出現(xiàn)forming現(xiàn)象；一定厚度范圍內(nèi)時，均有forming，set，reset過程；當ZnO薄膜厚度減小到適當厚度時，ZnO基薄膜阻變器件可以實現(xiàn)無需forming就呈現(xiàn)出電阻開關(guān)特性，無需forming的器件，，set電壓較小，reset電壓波動性也小，穩(wěn)定性好、可靠性強。 （2）分別把Pt金屬、ITO薄膜和重摻單晶硅作為下電極，制備了Cu/ZnO/BEs結(jié)構(gòu)的存儲器。以不同下電極制作的器件均為單極型電阻開關(guān)存儲器。在高阻態(tài)時，ZnO薄膜的導(dǎo)電機制為空間電荷限制電流；在低阻態(tài)時，薄膜的導(dǎo)電機制為歐姆傳導(dǎo)。這三種下電極材料性質(zhì)都較為穩(wěn)定，又不易與ZnO薄膜發(fā)生反應(yīng)，都適合作為ZnO基薄膜電阻開關(guān)的下電極材料，提高器件的可靠性。 （3）研究了Pt/ZnO:Ti/n+-Si器件的電阻開關(guān)特性。Pt/ZnO:Ti(3%)/n+-Si結(jié)構(gòu)有最優(yōu)的電阻開關(guān)特性，即操作電壓低、reset電壓減小、穩(wěn)定性高和可靠性顯著。另外，高阻態(tài)(HRS)和低阻態(tài)(LRS)間的關(guān)/開比平均值大于102，這一點足以滿足商業(yè)應(yīng)用的要求。
【關(guān)鍵詞】：ZnO薄膜 電阻開關(guān)特性 可靠性 真空鍍膜 非揮發(fā)性存儲器
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 ZnO 薄膜的性質(zhì)11-14
• 1.2.1 ZnO 的基本性質(zhì)11
• 1.2.2 ZnO 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.3 ZnO 薄膜的電學(xué)性質(zhì)12-13
• 1.2.4 ZnO 薄膜的光學(xué)性質(zhì)13
• 1.2.5 ZnO 薄膜的其他性質(zhì)13-14
• 1.3 新型非揮發(fā)性存儲器簡介14-20
• 1.3.1 相變存儲器15-16
• 1.3.2 鐵電存儲器16-18
• 1.3.3 磁阻存儲器18-19
• 1.3.4 阻變存儲器19-20
• 1.4 阻變存儲器的研究進展20-25
• 1.4.1 阻變存儲器的材料20-21
• 1.4.2 阻變開關(guān)效應(yīng)的機理21-23
• 1.4.3 電流傳導(dǎo)機制23-24
• 1.4.4 器件性能的關(guān)鍵參數(shù)24-25
• 1.5 ZnO 阻變存儲器的研究現(xiàn)狀25-27
• 1.6 本課題研究意義及主要研究內(nèi)容27-28
• 第二章 ZnO 阻變存儲器的制備及其表征28-39
• 2.1 器件的制備28-34
• 2.1.1 直流反應(yīng)磁控濺射28-30
• 2.1.2 電子束蒸發(fā)30-32
• 2.1.3 電阻加熱蒸發(fā)32
• 2.1.4 器件制備過程32-34
• 2.2 器件的表征34-38
• 2.2.1 紫外-可見光譜儀34
• 2.2.2 薄膜厚度測試儀34-35
• 2.2.3 X 射線衍射儀35-36
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡36-37
• 2.2.5 I-V 特性測試儀37-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 薄膜厚度對 ZnO 基薄膜阻變特性的影響39-45
• 3.1 引言39
• 3.2 實驗過程39-40
• 3.3 結(jié)果和分析40-44
• 3.3.1 ZnO 薄膜的厚度40-41
• 3.3.2 ZnO 薄膜的晶體構(gòu)造41-42
• 3.3.3 電阻開關(guān)特性42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 下電極對 ZnO 基薄膜阻變特性的影響45-51
• 4.1 引言45-46
• 4.2 實驗過程46-47
• 4.2.1 下電極的制備46
• 4.2.2 ZnO 薄膜的制備46
• 4.2.3 器件性能測試46-47
• 4.3 結(jié)果和分析47-50
• 4.3.1 ZnO 薄膜的晶體構(gòu)造47
• 4.3.2 器件的阻變特性47-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 摻雜對 ZnO 基薄膜阻變特性的改良51-59
• 5.1 引言51
• 5.2 實驗和理論計算51-52
• 5.3 結(jié)果和分析52-58
• 5.3.1 ZnO 薄膜的晶體構(gòu)造52-53
• 5.3.2 器件的阻變特性53-57
• 5.3.3 阻變機理討論57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第六章 結(jié)論59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-68
• 附錄68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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4 劉曉娜;張婷;孫新格;丁玲紅;張偉風(fēng);;非晶Pr_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3薄膜的電阻開關(guān)性質(zhì)[J];電子元件與材料;2011年08期

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6 許e

本文編號：786103