本文關(guān)鍵詞：ZnO基多元金屬氧化物阻變開(kāi)關(guān)的制備與研究

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【摘要】：隨著存儲(chǔ)器的快速發(fā)展,傳統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器尺寸已經(jīng)接近其物理限制。阻變存儲(chǔ)器(RRAM)憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、讀寫(xiě)速度快、儲(chǔ)存密度高以及與現(xiàn)有CMOS工藝相兼容等特點(diǎn),被認(rèn)為是下一代非易失性高密度存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者。金屬氧化物薄膜作為阻變開(kāi)關(guān)介質(zhì)層材料表現(xiàn)出了良好的阻變特性,是當(dāng)前阻變存儲(chǔ)器的研究熱點(diǎn),但要進(jìn)一步實(shí)用化,則需解決阻變器件的重復(fù)性和穩(wěn)定性問(wèn)題,并明確器件阻變特性的機(jī)理,基于此,我們研究了ZnO基多元金屬氧化物阻變開(kāi)關(guān)的制備與特性。論文主要討論了采用射頻磁控濺射方法在不同襯底(玻璃、藍(lán)寶石、聚酰亞胺、石英、單晶硅)上制備InGa ZnO(IGZO)薄膜,并分別采用Cu、Al作為頂電極材料,以摻Al的ZnO薄膜(AZO)為底電極,制備Metal/IGZO/AZO三明治結(jié)構(gòu)的阻變開(kāi)關(guān)器件。并且研究了工藝參數(shù),如制備溫度、氬氧比和薄膜厚度等對(duì)IGZO阻變開(kāi)關(guān)性能的影響。本文進(jìn)一步研究了不同嵌入層對(duì)IGZO阻變開(kāi)關(guān)性能的影響,并制備得電流開(kāi)關(guān)比大于102、循環(huán)特性穩(wěn)定的CuO/IGZO雙介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)。IGZO與CuO/IGZO雙介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)的I-V測(cè)試表明,其I-V關(guān)系在低電壓區(qū)域基本為線(xiàn)性,符合歐姆定律;在高電壓區(qū)域I與V2成正比,滿(mǎn)足卡爾德定律,可解釋為陷阱控制的空間電荷限制電流效應(yīng)。我們以金半接觸勢(shì)壘模型解釋了不同金屬電極使得阻變開(kāi)關(guān)具有不同阻變性能的原因,CuO嵌入層與金屬Cu電極和IGZO薄膜接觸形成的肖特基勢(shì)壘與異質(zhì)結(jié)效應(yīng)使CuO層形成了電子積蓄層,從而提高了IGZO阻變開(kāi)關(guān)的電流開(kāi)關(guān)比。論文第五章還介紹了在石英襯底和柔性聚酰亞胺襯底上制備CuGaZnO(CGZO)薄膜阻變器件,并且探討了制備溫度和氬氧比對(duì)CGZO薄膜阻變器件性能的影響。在對(duì)制備工藝的優(yōu)化中發(fā)現(xiàn),氬氧比對(duì)CGZO阻變薄膜器件的阻變效應(yīng)有顯著影響,因此氧空位遷移形成導(dǎo)電細(xì)絲模型可用于解釋該器件的阻變機(jī)制。綜上所述,本論文中所制備的IGZO阻變器件在103次的循環(huán)測(cè)試中表現(xiàn)出較穩(wěn)定的抗疲勞性,但I(xiàn)GZO阻變開(kāi)關(guān)的閾值電壓過(guò)大,為±4V左右;增加CuO嵌入層可以提高IGZO阻變開(kāi)關(guān)的電流開(kāi)關(guān)比至102;而在柔性襯底上實(shí)現(xiàn)的CGZO阻變開(kāi)關(guān)不僅具有較大電流開(kāi)關(guān)比(102),且其閾值電壓為±2V,因此開(kāi)關(guān)功耗更低,具備更廣的應(yīng)用范圍。
【關(guān)鍵詞】：IGZO薄膜 CGZO薄膜 透明柔性器件 阻變開(kāi)關(guān)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP333;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 非易失性存儲(chǔ)器的發(fā)展歷程10-12
• 1.2.1 傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器10-11
• 1.2.2 新型非易失性存儲(chǔ)器11-12
• 1.3 阻變開(kāi)關(guān)的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 阻變開(kāi)關(guān)器件阻變行為的分類(lèi)和機(jī)理13-15
• 1.4.1 阻變開(kāi)關(guān)器件阻變行為的分類(lèi)13-14
• 1.4.2 阻變開(kāi)關(guān)器件阻變機(jī)理的分類(lèi)14-15
• 1.5 In Ga ZnO多元金屬氧化物的介紹15-16
• 1.6 本文研究的意義、目的和主要內(nèi)容16-18
• 第二章 薄膜阻變開(kāi)關(guān)的制備與表征18-29
• 2.1 薄膜沉積原理18-21
• 2.1.1 射頻濺射18-19
• 2.1.2 磁控濺射19-20
• 2.1.3 真空蒸發(fā)鍍膜法20-21
• 2.2 ZnO基多元金屬氧化物阻變開(kāi)關(guān)的制備21-25
• 2.2.1 ZnO基多元金屬氧化物阻變開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)21
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和原材料21-22
• 2.2.3 靶材的制備22-23
• 2.2.4 襯底的處理23-24
• 2.2.5 ZnO基多元金屬氧化物薄膜的制備24-25
• 2.2.6 頂電極的制備25
• 2.3 ZnO基多元金屬氧化物薄膜和器件的表征與測(cè)試[38]25-28
• 2.3.1 X射線(xiàn)衍射25-26
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡26
• 2.3.3 X射線(xiàn)光電子能譜26-27
• 2.3.4 阻變開(kāi)關(guān)電學(xué)性能參數(shù)27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 IGZO薄膜的阻變特性研究29-51
• 3.1 IGZO薄膜的結(jié)構(gòu)分析29-31
• 3.2 IGZO薄膜成分分析31-33
• 3.3 IGZO薄膜的阻變行為33-38
• 3.4 襯底材料對(duì)IGZO薄膜阻變特性的影響38-40
• 3.5 頂電極材料對(duì)IGZO薄膜阻變特性的影響40-42
• 3.6 襯底溫度對(duì)IGZO薄膜阻變特性的影響研究42-47
• 3.7 薄膜厚度對(duì)IGZO薄膜阻變特性的影響研究47-48
• 3.8 氬氧比對(duì)IGZO薄膜阻變特性的影響研究48-49
• 3.9 本章小結(jié)49-51
• 第四章 嵌入層對(duì)IGZO阻變開(kāi)關(guān)性能的影響51-59
• 4.1 嵌入層對(duì)IGZO薄膜阻變器件性能的影響51
• 4.2 Cu/Ga_2O_3/IGZO/AZO雙介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)的研究51-52
• 4.3 Cu/CuO/IGZO/AZO雙介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)的研究52-57
• 4.4 Cu/CuO/Ga_2O_3/IGZO/AZO多介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)的研究57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 CGZO薄膜阻變特性的研究59-69
• 5.1 金屬氧化物阻變薄膜的阻變性能研究59-61
• 5.1.1 Ga_2O_3薄膜阻變性能研究59-60
• 5.1.2 ZnO薄膜阻變性能研究60-61
• 5.2 CuGaZn O多元金屬氧化物阻變器件性能的研究61-66
• 5.2.1 Cu/CGZO/AZO介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)器件結(jié)構(gòu)及成分研究61-63
• 5.2.2 襯底溫度對(duì)Cu/CGZO/AZO介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)性能影響研究63-65
• 5.2.3 制備氣氛對(duì)Cu/CGZO/AZO介質(zhì)層阻變開(kāi)關(guān)性能影響研究65-66
• 5.3 在柔性聚酰亞胺襯底上制備CGZO阻變開(kāi)關(guān)66-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 攻碩期間取得的成果75-76

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