銅摻雜氧化鋅薄膜阻變特性的研究.pdf

1、阻變存儲(chǔ)器憑借其操作電壓低、讀寫速度快、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、儲(chǔ)存密度高以及微縮化前景良好等特點(diǎn),被認(rèn)為是最具潛力取代傳統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器,成為下一代非揮發(fā)性高密度新型存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者。目前,阻變現(xiàn)象在有機(jī)物、固態(tài)電解質(zhì)、鈣鈦礦化合物以及過渡金屬氧化物材料中均有觀察到。ZnO作為一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料,同樣也展示出了優(yōu)良的阻變性能。為了進(jìn)一步提高阻變器件性能,國內(nèi)外研究組嘗試在ZnO中摻入Mn和Cu等過渡金屬,并取得一定的成果。但是,

2、關(guān)于ZnO阻變器件的阻變機(jī)制的理論研究仍然存在很大的爭(zhēng)議。
　　本文制備了不同摻雜濃度的銅摻雜ZnO(Cu:ZnO)陶瓷靶材,采用射頻磁控濺射方法生長(zhǎng)Cu:ZnO薄膜,并在此基礎(chǔ)上制備了類電容結(jié)構(gòu)的阻變器件。另外,本文分別從體效應(yīng)和界面效應(yīng)兩方面對(duì)Cu:ZnO阻變器件的阻變機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　體效應(yīng)方面,本論文首先研究了Cu摻雜濃度對(duì)阻變現(xiàn)象的影響,實(shí)驗(yàn)觀察到摻銅濃度2at％的Cu:ZnO展現(xiàn)出了最佳的性能。在對(duì)工藝條件的

3、優(yōu)化中,發(fā)現(xiàn)襯底溫度在450℃下制備的Cu:ZnO薄膜由于具有良好的結(jié)晶性能使得其阻變器件表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)特性。此外,本文還研究了薄膜生長(zhǎng)氣氛和頂電極尺寸對(duì)阻變現(xiàn)象的影響,結(jié)果顯示氧空位在薄膜的阻變過程中起著關(guān)鍵的作用,氧空位濃度越大,器件開關(guān)比和開啟電壓越小。對(duì)不同尺寸頂電極器件的電學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:器件開啟電流不受頂電極尺寸影響,關(guān)閉電流隨頂電極尺寸的增大而增加。
　　界面效應(yīng)方面,實(shí)驗(yàn)采用熱蒸發(fā)法蒸鍍了功函數(shù)不同的Zn、Cu和

4、Au金屬薄膜作為阻變器件的頂電極,并對(duì)金屬半導(dǎo)體接觸類型進(jìn)行了分析和探討。實(shí)驗(yàn)觀察到,只有當(dāng)金屬電極與介質(zhì)層薄膜表現(xiàn)為肖特基接觸時(shí),器件才會(huì)出現(xiàn)阻變現(xiàn)象,而且當(dāng)器件在氬氣中退火后阻變現(xiàn)象會(huì)有較大的衰退。上述實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了界面勢(shì)壘是器件發(fā)生阻變的必要條件。本文還制備了Cu/CuO/ZnO/AZO雙介質(zhì)層阻變器件,在與Cu/ZnO/AZO單介質(zhì)層器件進(jìn)行對(duì)比后顯示,雙介質(zhì)層器件具有更大的開關(guān)比和更穩(wěn)定的循環(huán)特性,同時(shí)還表現(xiàn)出了更高和分布范圍更