氧化鈦薄膜的阻變性能研究.pdf

1、在過去的幾十年中，由于高速/高存儲密度的非易失性存儲器(NVMs)的出現(xiàn)，信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展從而使得我們的計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的處理能力。然而，傳統(tǒng)非易失性存儲器(例如閃存)的器件尺寸將在不遠(yuǎn)的將來達(dá)到技術(shù)及物理極限。為了解決這一問題，研究者們提出了一些新型非易失性存儲器的概念?；谛滦筒牧系南乱淮且资源鎯ζ骱蜻x，有相變存儲器、鐵電存儲器、磁變存儲器及阻變存儲器(RRAM)。在這些存儲器中，基于一些材料電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng)的阻變存儲器得到了十分廣泛

2、的關(guān)注，這是由于其結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、高開關(guān)比、擦寫速度快、保持時(shí)間長以及與半導(dǎo)體工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。許多多晶態(tài)與非晶態(tài)的過渡金屬氧化物(TMOs)被應(yīng)用于阻變存儲器中，其中包括 TiO2、ZrO2、ZnO及HfO2等。而基于氧化鈦的阻變存儲器，其電阻轉(zhuǎn)換機(jī)制較為清晰：TinO2n-1(即所謂的Magnéli相)導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用溶膠-凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了氧化鈦薄膜并運(yùn)用相應(yīng)

3、手段對其進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)表征。然后，運(yùn)用Keithley4200-SCS半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測試了Pt/TiO2/Pt器件的電學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)Pt/TiO2/Pt器件存在單、雙極性阻變共存的現(xiàn)象且不需要電初始化過程。電阻轉(zhuǎn)換閾值電壓及高阻態(tài)阻值的分布均較為分散，需要進(jìn)一步提升器件的穩(wěn)定性。⑵運(yùn)用溶膠-凝膠法合成了三價(jià)離子(Al、Cr)與二價(jià)離子(Cu)摻雜的氧化鈦薄膜，并對比了它們的阻變性能。與未摻雜氧化鈦器件相比，Al、Cr、Cu摻雜器件的阻變

4、性能得到了明顯改善，包括減低了set電壓、提高了轉(zhuǎn)換電壓與高阻態(tài)的穩(wěn)定性。尤其是Cu摻雜器件，阻變性能的改進(jìn)更為突出。這是由于二價(jià)離子摻雜能夠使氧化鈦薄膜內(nèi)氧空位生成增多。此外，關(guān)于摻雜引起的氧化鈦薄膜內(nèi)氧空位生成能的降低，我們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論計(jì)算的結(jié)果。⑶探究了在氧化鈦基阻變存儲器上添加非晶態(tài)氧化鋯層所造成的影響，在其中氧化鋯層扮演著補(bǔ)充氧空位的儲氧池這一重要角色。與Pt/TiO2/Pt單層結(jié)構(gòu)相比，Pt/ZrO2/TiO2/Pt系