水熱法合成TiO2薄膜及其憶阻特性的研究.pdf

1、隨著半導體工藝的快速發(fā)展，元器件的集成度越來越高，存儲器件尺寸越來越小。憶阻器具有尺寸小，存儲量大，存儲讀取快速和低能耗等優(yōu)勢，有望替代晶體管成為新型的存儲設備。TiO2薄膜的良好物理和化學穩(wěn)定性使其在憶阻器領域具有很好的應用潛力。本論文采用水熱法合成技術制備TiO2薄膜，并對薄膜的憶阻特性及其機理進行研究。
　　本論文采用一種新型的氟基水溶液水熱法合成TiO2薄膜，通過引入溶膠凝膠法沉積的TiO2種子層提高水熱法生長的薄膜的致密

2、度，探索了溶液組成、種子層、生長溫度和時間對TiO2薄膜形貌、晶體結構和憶阻特性的影響。通過對比研究水熱法生長的TiO2薄膜和溶膠凝膠法沉積的TiO2薄膜的憶阻特性，研究了TiO2薄膜憶阻機制。
　　研究結果表明，預熱可以提高溶液中前驅(qū)體物種TiF62-水解生成的TiFx(OH)4-x的飽和度，抑制了溶液對TiO2種子層的腐蝕;溶膠凝膠法沉積的單層TiO2種子層的厚度在20-30nm，生長3h得到的TiO2薄膜厚度大約為100nm

3、，薄膜沿(004)高度取向;種子層為生長提供晶核形成活化點，提高了薄膜致密度;F-對Ti的強鍵合作用在生長過程中可以抑制前驅(qū)體物種的水解速度和降低(001)晶面的能量，水解速度慢有利于提高TiO2薄膜的結晶度，較低的(001)晶面能和鈦絡合物的選擇性脫水促進了薄膜取向生長。
　　薄膜的憶阻性能研究結果表明，低致密度TiO2薄膜憶阻器單元會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，開關比(VOFF/VON)減小;增加薄膜厚度會提高TiO2薄膜憶阻器單元的開關電

4、壓(VON，VOFF)，能耗大;TiO2薄膜的取向結構為憶阻器單元工作時電荷載體的擴散提供通道，降低擴散能，降低了薄膜的開關電壓;只有低功函上電極的TiO2憶阻器才顯示出較好的憶阻開關性能，采用高功函金屬上電極，憶阻器僅表現(xiàn)出半導體的肖特基整流特性，電荷載體擴散應為TiO2憶阻器的基本機制。
　　進一步實驗結果表明，在相似的薄膜厚度下，相比于溶膠-凝膠法制備的TiO2多晶薄膜，(001)取向TiO2薄膜憶阻器的開關比高、開關電壓低