本文關(guān)鍵詞：透明及柔性金屬氧化物薄膜阻變存儲(chǔ)器研究

  更多相關(guān)文章： 阻變存儲(chǔ)器 電阻開關(guān) 開關(guān)極性 透明 柔性 氧化鋅 二氧化錫

【摘要】：隨著半導(dǎo)體工藝不斷向前推進(jìn),尤其是進(jìn)入22nm工藝節(jié)點(diǎn)之后,浮柵、溝道和介電層等比例縮小帶來(lái)物理和技術(shù)上的極限,將使得硅基flash半導(dǎo)體存儲(chǔ)器面臨巨大的挑戰(zhàn),發(fā)展新型非易失性存儲(chǔ)器迫在眉睫。作為下一代非易失性存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者,阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,擦寫速度快,功耗低等特點(diǎn)而獲得廣泛關(guān)注。然而隨著研究深入,阻變存儲(chǔ)器在阻變機(jī)制,阻變材料的選擇和制備等方面也遇到了不可回避的問(wèn)題,這在一定程度上也限制了阻變存儲(chǔ)器的發(fā)展。為此,本論文圍繞阻變存儲(chǔ)器的單雙極性轉(zhuǎn)變機(jī)制,透明、柔性阻變存儲(chǔ)層材料的選擇和制備展開研究。主要工作概括如下： (1)研究了阻變層中陰陽(yáng)離子缺陷對(duì)阻變存儲(chǔ)器中電阻開關(guān)極性的影響。通過(guò)調(diào)控Al/ZnOx/Al結(jié)構(gòu)中ZnOx的氧含量,實(shí)現(xiàn)了其電阻開關(guān)極性從單極性到雙極性的轉(zhuǎn)變。在阻變材料ZnO濺射過(guò)程中,若純Ar氣氛中濺射,Al/ZnOx/Al表現(xiàn)出穩(wěn)定的單極性電阻開關(guān)特征,而隨著濺射氣氛中氧分壓增加,Al/ZnOx/Al結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的雙極性特征,并且隨著氧分壓的增大,結(jié)構(gòu)的高阻態(tài)電流明顯減小,開關(guān)比明顯增大。隨著電阻開關(guān)極性的轉(zhuǎn)變,Al/ZnOx/Al結(jié)構(gòu)中的高阻態(tài)電流-電壓曲線特征以及載流子輸運(yùn)特征也明顯不同。其中在單極性電阻開關(guān)中,開關(guān)前后載流子輸運(yùn)特征符合歐姆傳導(dǎo),而在雙極性結(jié)構(gòu)中,高阻態(tài)下的載流子輸運(yùn)特征則表現(xiàn)出空間電荷限制電流傳導(dǎo)特征。結(jié)合薄膜的熒光光譜研究結(jié)果,表明材料中出現(xiàn)的鋅填隙和氧填隙分別是引起單極性和雙極性開關(guān)特征的直接原因,并重點(diǎn)討論了這兩種材料缺陷對(duì)Al/ZnOx/Al結(jié)構(gòu)I-V曲線和電輸運(yùn)的影響。 (2)透明阻變材料SnO2:Mn薄膜的制備及Al/SnO2:Mn/FTO阻變存儲(chǔ)性質(zhì)。通過(guò)溶膠凝膠方法,制備了透明的SnO2:Mn薄膜,并將其用于Al/SnO2:Mn/FTO(F:SnO2)結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器件中,并研究了其阻變存儲(chǔ)性質(zhì)。結(jié)果表明SnO2:Mn/FTO在可見光區(qū)域透過(guò)率大于75%。電阻開關(guān)過(guò)程中的I-V曲線表明,器件高阻態(tài)的電輸運(yùn)為界面阻擋層AlOx調(diào)制的空間電荷限制電流傳導(dǎo)。器件在+l V和-1V的開關(guān)比都超過(guò)了103,且其重置時(shí)間小于100ns。 (3)在低溫條件下通過(guò)深紫外光化學(xué)激活溶膠凝膠制備得到金屬氧化物薄膜,并將其用于阻變存儲(chǔ)介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中深紫外光處理阻變層薄膜溫度為145℃,該溫度低于大部分塑料襯底的玻璃化溫度。實(shí)驗(yàn)中制備了基于ZnO和Mn摻雜ZnO的阻變存儲(chǔ)器件,并對(duì)相應(yīng)的電阻開關(guān)性質(zhì)以及電荷輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了研究。在高阻態(tài)的電荷傳輸符合Frenkel-Poole發(fā)射類型,在低阻態(tài)符合歐姆傳導(dǎo)定律。另外,在PET襯底利用深紫外光化學(xué)激活溶膠凝膠法制備了柔性ZnO薄膜阻變存儲(chǔ)器件,并對(duì)其機(jī)械柔韌性,阻態(tài)保持性能和Set, Reset電壓進(jìn)行了研究。
【關(guān)鍵詞】：阻變存儲(chǔ)器 電阻開關(guān) 開關(guān)極性 透明 柔性 氧化鋅 二氧化錫
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-34
• 1.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述10-15
• 1.2 阻變存儲(chǔ)材料及阻變機(jī)制研究現(xiàn)狀15-22
• 1.3 透明RRAM和柔性RRAM研究現(xiàn)狀22-30
• 1.4 納米壓印技術(shù)制備RRAM研究現(xiàn)狀30-31
• 1.5 選題意義和主要研究?jī)?nèi)容31-34
• 2 陰陽(yáng)離子缺陷對(duì)電阻開關(guān)極性的影響34-52
• 2.1 引言34
• 2.2 ZnO_x薄膜及器件制備工藝34-38
• 2.3 ZnO_x薄膜組織結(jié)構(gòu)特征38-39
• 2.4 Al/ZnO_x/Al RRAM電致阻變行為39-48
• 2.5 陰陽(yáng)離子缺陷影響的開關(guān)極性轉(zhuǎn)變機(jī)制48-51
• 2.6 本章小結(jié)51-52
• 3 透明SnO_2：Mn薄膜阻變存儲(chǔ)器研究52-76
• 3.1 引言52
• 3.2 透明SnO_2：Mn薄膜及器件制備過(guò)程52-55
• 3.3 SnO_2：Mn薄膜組織結(jié)構(gòu)特征55-63
• 3.4 Al/SnO_2：Mn/FTO RRAM電阻轉(zhuǎn)變行為63-69
• 3.5 界而效應(yīng)調(diào)制的SCLC傳導(dǎo)機(jī)制69-75
• 3.6 本章小結(jié)75-76
• 4 柔性氧化鋅薄膜阻變存儲(chǔ)器研究76-101
• 4.1 引言76-77
• 4.2 低溫制備氧化鋅薄膜及柔性RRAM77-80
• 4.3 薄膜結(jié)構(gòu)分析80-86
• 4.4 電阻開關(guān)特性及Frenkel-Poole輸運(yùn)機(jī)制86-96
• 4.5 柔性RRAM電阻開關(guān)特征96-100
• 4.6 本章小結(jié)100-101
• 5 基于納米壓印技術(shù)制備阻變存儲(chǔ)器模板初步研究101-110
• 5.1 引言101
• 5.2 納米點(diǎn)陣和十字交叉型器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)101-102
• 5.3 實(shí)驗(yàn)方案102-106
• 5.4 光子晶體圖案和硅模板的制備研究106-109
• 5.5 本章小結(jié)109-110
• 6 總結(jié)和展望110-112
• 致謝112-113
• 參考文獻(xiàn)113-126
• 附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄126-127

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本文編號(hào)：686099