銅、鋅氧化物基阻變存儲器制備及性能研究.pdf

1、現(xiàn)代信息技術(shù)提升的主要瓶頸是存儲器容量及存儲速度，究其原因是Si基器件尺寸已基本達到理論極限。阻變存儲器其理論尺寸遠低于Flash等主流存儲器，所以在下一代存儲器中極具發(fā)展?jié)摿?。本文利用射頻磁控濺射制備了Al/CuxO/Cu型、Al/ZnO/Cu型及Al/CuO/ZnO/Cu型三種阻變存儲器件。利用XRD、XPS、SEM、AFM等分析手段，確定了磁控濺射工藝參數(shù)對薄膜成分、結(jié)構(gòu)及表面粗糙度的影響。在不同磁控濺射參數(shù)下制備了一系列阻變存儲

2、器件，分析阻變現(xiàn)象產(chǎn)生的機理以及成分、晶粒大小、表面粗糙度等對阻變性能的影響。本文主要內(nèi)容包括：
　　（1）由于所有器件均使用Cu作為下電極，而且下電極薄膜的晶向和表面粗糙度等都會對阻變層的生長產(chǎn)生影響，所以先優(yōu)化下電極薄膜?？梢岳肵RD檢測下電極薄膜中 Cu的結(jié)晶方向，并通過 FWHM可以計算出晶粒大小；利用SEM測試樣品斷面，利用得到的背散射圖樣可以計算出生長速率；利用原子力顯微鏡可以得到樣品的表面粗糙度。綜上考慮確定 Cu

3、下電極薄膜的較佳工藝參數(shù)為：濺射功率100W，濺射壓強1Pa，氬氣流量40sccm，濺射時間20min。
　?。?）利用射頻磁控濺射制備了Al/CuxO/Cu型阻變存儲器件，發(fā)現(xiàn)其雙極性阻變現(xiàn)象，且高低阻態(tài)比值超過1000，滿足阻變存儲器使用要求。確定了高阻態(tài)時阻變機理可以用SCLC理論解釋，低阻態(tài)時可以用導(dǎo)電細絲理論解釋。存儲器壽命超過1000次循環(huán)。CuxO薄膜成分從CuO向Cu2O轉(zhuǎn)變過程中，forming電壓不斷減小，SE

4、T電壓幾乎不變，成分達到Cu2O時可以近似認為forming過程消失了。隨著晶粒變大，高低阻態(tài)電阻相應(yīng)的變大，這與導(dǎo)電細絲可能在晶界間形成有關(guān)。
　?。?）利用射頻磁控濺射制備了Al/ZnO/Cu型阻變存儲器件，其高低阻態(tài)阻值比超過100，滿足使用要求。存儲機理與Al/CuxO/Cu型阻變存儲器存儲機理一致，但是穩(wěn)定性更高。晶粒變大，SET電壓和高低阻態(tài)阻值都會相應(yīng)的增加，而表面粗糙度對SET電壓和高低阻態(tài)阻值幾乎沒有影響。