MOCVD法制備氧化鋁薄膜及其阻變特性.pdf

1、隨著半導(dǎo)體及微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路器件尺寸越來越小，傳統(tǒng)的儲(chǔ)存器件性能已經(jīng)逐漸達(dá)到了瓶頸，對(duì)于新型存儲(chǔ)器的需要也越來越迫切?，F(xiàn)在已經(jīng)成熟的新型非易失性存儲(chǔ)器主要分為以下四種:鐵電存儲(chǔ)器、磁阻存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器、阻變存儲(chǔ)器。其中，阻變存儲(chǔ)器是最近幾年非易失性存儲(chǔ)器研究的熱點(diǎn)。
　　阻變存儲(chǔ)器是利用一些薄膜材料在不同條件的電激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生不同的電阻狀態(tài)的特性而制作的存儲(chǔ)器件，具有尺寸小，功耗低，讀寫速度快，非易失性，與傳統(tǒng)CMOS工

2、藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。常見的金屬氧化物憶阻材料主要為:TiO、TiO2、 CuOx、ZrO2等。使用Al2O3作為阻變層目前并不常見。
　　本論文采用MOCVD法制備氧化鋁薄膜，探究了生長(zhǎng)溫度，氧氣流量等參數(shù)對(duì)晶體質(zhì)量的影響，并采用臺(tái)階儀、XPS、AFM、透射譜等方法對(duì)材料進(jìn)行表征。然后利用Al2O3作為阻變層，制備了MIM結(jié)構(gòu)憶阻器，并對(duì)Al2O3的阻變特性進(jìn)行了探究。本論文的主要內(nèi)容主要有:
　　(1)采用MOCVD法制備Al2

3、O3薄膜
　　研究了MOCVD法制備氧化鋁薄膜的實(shí)驗(yàn)方法。采用乙酰丙酮鋁作為金屬有機(jī)源，氧氣作為氧化源，利用石英玻璃作為襯底，沉積了非晶及多晶兩種Al2O3薄膜。并對(duì)非晶氧化鋁薄膜進(jìn)行了厚度、表面形貌及粗糙度、晶體中元素成分及比例、透射譜、電學(xué)性質(zhì)等進(jìn)一步表征。Al2O3厚度比較均勻，表面起伏較小，具有良好的可見光透過率。通過XPS表征中結(jié)果可以證明，沉積的薄膜為氧化鋁材料。對(duì)薄膜進(jìn)一步進(jìn)行電學(xué)測(cè)量，所得Ⅳ-t的曲線表明沉積的氧化

4、鋁為N型半導(dǎo)體，存在一定的氧缺陷。
　　(2)探究實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)晶體質(zhì)量的影響
　　實(shí)驗(yàn)中分別研究了源蒸發(fā)溫度、襯底溫度及氧氣流量三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)薄膜晶體質(zhì)量的影響。其中，保證源蒸發(fā)溫度與乙酰丙酮鋁的沸點(diǎn)一致，保證氧化鋁薄膜的生長(zhǎng)穩(wěn)定進(jìn)行。襯底溫度對(duì)薄膜晶體質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，當(dāng)襯底溫度低于600℃時(shí)，晶體原子沒有足夠能量形成晶體，因此得到的氧化鋁均為非晶狀態(tài)。當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)，得到的氧化鋁薄膜為多晶狀態(tài)。氧氣流量主要決定

5、晶格質(zhì)量，氧氣流量越低，反應(yīng)越緩慢，晶格質(zhì)量越高。
　　(3)非晶及多晶氧化鋁阻變特性及物理機(jī)制
　　實(shí)驗(yàn)中分別采用非晶及多晶氧化鋁作為阻變層，ITO作為下表面電極，Ag作為上表面電極，制備了MIM結(jié)構(gòu)憶阻器件。并對(duì)器件的電學(xué)特性進(jìn)行了表征。
　　兩種氧化鋁器件都表現(xiàn)出典型的雙極型憶阻特性。但是非晶氧化鋁的電學(xué)特性比多晶氧化鋁更加穩(wěn)定。非晶氧化鋁的開啟電壓也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多晶氧化鋁。最后通過在器件兩端施加不同的電壓，說明氧化