溶膠凝膠法制備SnO2憶阻器及其性能研究.pdf

1、Flash閃存因其電荷存儲機制的局限性,即將到達其理論尺寸的極限22nm。因此,急需尋找一種新型的不受尺寸限制的、集眾多優(yōu)點的替代型存儲器。近幾年來,許多新興的存儲器件應運而生,其中包括相變存儲器、磁存儲器、鐵電存儲器和阻變存儲器。前三種新興存儲介質,分別因為mA級的高讀寫電流、與CMOS工藝兼容性差、居里溫度等原因,限制了應用。然而,阻變存儲器(RRAM)卻脫穎而出,它具有結構簡單,制造成本低,低功耗,高速讀寫,單個器件可縮小至數十納

2、米等特點?；诖吮尘跋?本論文采用溶膠凝膠-退火燒結法制備了SnO2阻變層,磁控濺射沉積了柱狀的Al電極,最終制得Al/SnO2/FTO結構的憶阻器,并做了相關測試和性能表征。另外,還在憶阻層中引入了Mn和Sb這兩種摻雜元素,并對摻雜前后的性能做了系統(tǒng)性的對比和分析。主要內容如下:
　　(1)采用SnCl4·5H20、C2H5OH、檸檬酸等配置前驅體溶膠,并采用旋涂法在FTO導電玻璃襯底上涂覆溶膠,烘干、不同溫度退火焙燒,制得均一

3、、穩(wěn)定、規(guī)整的SnO2薄膜。采用磁控濺射的方法在SnO2薄膜上沉積了柱狀Al上電極,最終得到Al/SnO2/FTO結構的憶阻器。在SnO2溶膠中也分別引入了Mn和Sb這兩種摻雜元素,并采用相同的制備方法得到對應摻雜的憶阻薄膜。采用XRD、SEM、AFM等測試手段對非摻雜和摻雜的SnO2薄膜分別進行了性能表征。發(fā)現,非摻雜和摻雜之后的薄膜均為多晶納米薄膜,晶型結構均為四方晶系金紅石結構。薄膜較為致密,晶粒尺寸比較均勻。薄膜厚度存在著不同程

4、度的高低起伏,起伏度在20~45nm左右。引入的摻雜元素并未改變原有薄膜的晶形結構,也并未引入雜相。Mn和Sb的引入都對晶粒的細化,膜的致密性起到了促進作用。所不同的是,Mn對薄膜的結晶性有抑制作用,Sb反之。最后,通過對以上三種SnO2薄膜做PL光致發(fā)光測試,驗證了薄膜體系內部氧空位缺陷的存在。
　　(2)分別對不含摻雜Al/SnO2/FTO結構的憶阻器、含摻雜Al/(Mn:SnO2)/FTO和Al/(Sb:SnO2)/FTO結

5、構的憶阻器做了I-V特性和阻態(tài)保持的測試。結論如下:對未摻雜的器件來說,阻態(tài)開關比甚小,僅有100倍,憶阻器多次開啟和關閉的重復性較差,復位電壓相對較大。對于引入摻雜之后的器件來說,Mn和Sb的摻雜都極大的提升了開關比,分別為1000倍和5ˉ104倍,多次開關的重復性也有所提升,摻雜之后的復位電壓明顯減小。經分析,這可能是因為引入摻雜元素之后,激活了Al/SnO2界面處的電化學氧化還原。器件上界面的氧化還原和憶阻層體系內的細絲效應,兩者