ZnO基薄膜阻變存儲器的可靠性研究.pdf

1、當今時代,信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異,存儲器已經(jīng)在各種電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用,為我們的日常工作和生活帶來了很大的便捷。進而,人們對存儲器的性能提出了更高的需求,如訪問速度快、功耗低、尺寸小、壽命長、非揮發(fā)性等。如今,相變存儲器(PRAM)、鐵電存儲器(FRAM)、磁阻存儲器(MRAM)、阻變存儲器(RRAM)等以非電荷形式存儲數(shù)據(jù)的新型非揮發(fā)性隨機訪問存儲器受到了很大的關(guān)注。阻變存儲器具有很多獨特的優(yōu)點,如簡單的結(jié)構(gòu)、很高的存儲密度、快速

2、的讀寫、可長時間保持數(shù)據(jù)、可三維集成等;此外,阻變存儲器的制作與硅基CMOS工藝相兼容,這為其實際生產(chǎn)應(yīng)用提供了強有力的保證。ZnO是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料,在熱電、氣敏、壓電、光電等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近年來,對ZnO基薄膜電阻開關(guān)特性的研究也日漸增多。不過,ZnO基薄膜電阻開關(guān)的可靠性依然很弱,為了使器件能夠早日達到實用化的標準,有必要對其可靠性進行研究,從性能和機理上作出進一步的闡明。
　　本文采用真空鍍膜設(shè)備制

3、作TE/ZnO/BE( TE, top electrode,為上電極;BE, bottom electrode,為下電極)三明治結(jié)構(gòu)的電阻開關(guān)器件,其中,利用直流磁控濺射制備ZnO薄膜,通過電子束蒸發(fā)沉積電極。為了對ZnO薄膜和阻變開關(guān)器件進行分析,使用了紫外-可見光譜儀、薄膜厚度測試儀、X射線衍射儀、掃描電鏡、I-V特性測試儀等設(shè)備。研究了薄膜厚度、下電極材料、Ti摻雜對器件開關(guān)特性的影響,主要得到了如下的結(jié)論:
　　(1)制備

4、了Cu/ZnO/n+-Si結(jié)構(gòu)的器件。器件的電阻開關(guān)特性受ZnO薄膜厚度的影響很明顯,非常薄和比較厚的ZnO薄膜電阻開關(guān)器件,都不會出現(xiàn)forming現(xiàn)象;一定厚度范圍內(nèi)時,均有forming,set,reset過程;當ZnO薄膜厚度減小到適當厚度時,ZnO基薄膜阻變器件可以實現(xiàn)無需forming就呈現(xiàn)出電阻開關(guān)特性,無需forming的器件,set電壓較小,reset電壓波動性也小,穩(wěn)定性好、可靠性強。
　　(2)分別把Pt金屬

5、、ITO薄膜和重摻單晶硅作為下電極,制備了Cu/ZnO/BEs結(jié)構(gòu)的存儲器。以不同下電極制作的器件均為單極型電阻開關(guān)存儲器。在高阻態(tài)時,ZnO薄膜的導(dǎo)電機制為空間電荷限制電流;在低阻態(tài)時,薄膜的導(dǎo)電機制為歐姆傳導(dǎo)。這三種下電極材料性質(zhì)都較為穩(wěn)定,又不易與ZnO薄膜發(fā)生反應(yīng),都適合作為ZnO基薄膜電阻開關(guān)的下電極材料,提高器件的可靠性。
　　(3)研究了Pt/ZnO:Ti/n+-Si器件的電阻開關(guān)特性。Pt/ZnO:Ti(3％)/n