基于NiO薄膜的存儲(chǔ)器件溶液法制備及其性能研究.pdf

1、隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云存儲(chǔ)等熱門技術(shù)的發(fā)展，高存儲(chǔ)密度、大存儲(chǔ)容量、低功耗、低成本的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的市場需求越來越旺盛。但目前主流的Flash非揮發(fā)存儲(chǔ)器由于采用浮柵結(jié)構(gòu)的原因，使得其在不斷縮小特征尺寸的發(fā)展路徑下面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，器件已經(jīng)接近其物理極限。近年來，新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的研究引起了越來越多人的關(guān)注。其中，基于材料阻變特性來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件由于結(jié)構(gòu)簡單、讀寫操作速度快、操作電壓低、數(shù)據(jù)保持時(shí)間長、與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容等

2、優(yōu)點(diǎn)成為最有潛力的下一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器之一。在各種具有阻變特性的材料中，二元過渡族金屬氧化物由于組分簡單，性能較為穩(wěn)定等特點(diǎn)而被廣泛研究。但目前阻變存儲(chǔ)器的研究還面臨著阻變機(jī)理尚未明確，器件參數(shù)較為分散等問題，所以在這些方面還需要進(jìn)行深入研究。
　　NiO薄膜具有突出的電學(xué)、光學(xué)性能，常用于電致變色和阻變存儲(chǔ)的研究。本論文采用溶膠凝膠法制備了NiO、Al2O3和Ag薄膜。首先制備了NiO墨水、Al2O3墨水、Ag墨水，然后利用旋涂

3、工藝，在ITO導(dǎo)電玻璃上制備了NiO薄膜有源層，再在氧化鎳薄膜上打印制備了銀的點(diǎn)電極，這樣就構(gòu)成了Ag/NiO/ITO三明治結(jié)構(gòu)的器件。通過對(duì)器件的I-V曲線測試，研究了該結(jié)構(gòu)器件的一寫多讀（Write Once Read Many Times）存儲(chǔ)特性，測試結(jié)果表明，Ag/NiO/ITO結(jié)構(gòu)器件具有良好的一寫多讀存儲(chǔ)特性，可用于對(duì)數(shù)據(jù)的永久存儲(chǔ)。
　　為了改善NiO薄膜阻變存儲(chǔ)器的性能，在有源層中引入了Al2O3層，同樣利用旋涂

4、工藝，在FTO導(dǎo)電玻璃上制備了Al2O3/NiO/Al2O3/NiO/Al2O3/NiO的薄膜疊層結(jié)構(gòu)，然后在有源層薄膜上打印制備了Ag的點(diǎn)電極，這樣就構(gòu)成了Ag/(NiO/Al2O3)3/FTO結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器件。通過對(duì)器件的I-V特性測試，研究了該器件的阻變開關(guān)特性，測試結(jié)果表明該器件具有良好的雙極型阻變開關(guān)特性，在超過90次的循環(huán)掃描測試中，器件都表現(xiàn)出了良好的阻變特性，這也體現(xiàn)出該器件具有很好的抗疲勞特性；器件的高阻態(tài)阻值在10

5、5~106 的范圍，低阻態(tài)阻值在102~103 的范圍，存儲(chǔ)窗口在兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上；在器件的數(shù)據(jù)保持特性測試中，器件高低阻態(tài)下的阻值在超過9000 s的測試中均無較大幅度的變化，這說明器件具有良好的數(shù)據(jù)保持特性；在器件的讀取耐久性測試中，讀取電壓為0.1V，在超過450次的讀操作測試中，器件的高低阻態(tài)也都未發(fā)生較大波動(dòng)，表明器件具有良好的讀取耐久性。與此同時(shí)，器件的SET電壓主要集中在0.8V~1.5V，器件的RESET電壓主要集中在-2