SnO2基ReRAM的制備及電阻開關(guān)特性研究.pdf

1、近年來，便攜設(shè)備消費(fèi)量的日漸增長(zhǎng)使得存儲(chǔ)器市場(chǎng)占有率得到了迅速提高，如今，存儲(chǔ)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方便。隨著半導(dǎo)體電子技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)存儲(chǔ)器性能的要求也更高，如高速、高存儲(chǔ)密度、長(zhǎng)壽命、低功耗、非揮發(fā)性和穩(wěn)定可靠等。閃存是當(dāng)前主流的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，但是，閃存隨工藝技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)遇到了嚴(yán)重的、難以解決的技術(shù)問題，其利用電荷存儲(chǔ)信息的方式在尺寸越來越小的CMOS工藝中遇到了極大的挑戰(zhàn)

2、，已經(jīng)無法滿足信息技術(shù)迅速發(fā)展對(duì)超高密度存儲(chǔ)的要求。因此，人們開始研究兼具非揮發(fā)性和高速度等優(yōu)點(diǎn)的存儲(chǔ)器，目前正在研究的有鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）、磁存儲(chǔ)器（MRAM）、相變存儲(chǔ)器（PCRAM）和電阻式存儲(chǔ)器（RRAM）等。其中，基于薄膜材料特性的可逆電阻開關(guān)效應(yīng)的電阻式存儲(chǔ)器（RRAM）因其具有高速、低壓低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可高密度集成、較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)保存時(shí)間和極佳的尺寸縮小性等優(yōu)勢(shì)，并且其制備工藝與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容，被認(rèn)為有望成為下一

3、代通用非揮發(fā)性存儲(chǔ)器。
　　SnO2作為一種寬禁帶(室溫下Eg=3.6eV)的n型半導(dǎo)體材料,由于其優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)以及化學(xué)穩(wěn)定性,應(yīng)用十分廣泛。目前無機(jī)工業(yè)用于錫鹽制造。顏料工業(yè)中與鉻酸鹽、石灰、釩、氯等進(jìn)行不同配合，可得紅色、米黃色、黃色、紫金色等不同顏色，作為陶瓷、搪瓷的著色劑。玻璃工業(yè)用作玻璃磨光劑，以及用于制造不透明玻璃、乳白玻璃等。印染工業(yè)用作織物的煤染劑和增重劑。還用作分拆化學(xué)試劑，鋼和大理石的磨光劑，有機(jī)合成催

4、化劑等。此外，還可以用于制造搪瓷、電磁材料等。本文將討論SnO2的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，即新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器RRAM方面的應(yīng)用，主要探討SnO2薄膜的電阻開關(guān)特性及工藝參數(shù)對(duì)其性能的影響。
　　在本文中，我們先在玻璃上采用熱蒸發(fā)沉積一層 Al膜作為電阻開關(guān)器件的下電極，再用直流磁控濺射法在其上沉積一層 SnO2薄膜作為中間層，最后再用電子束蒸發(fā)法在其上蒸鍍一層 Au膜作為電阻開關(guān)器件的上電極，從而最終制備得到了Au/SnO2/Al三明

5、治結(jié)構(gòu)的電阻開關(guān)存儲(chǔ)器件。通過紫外可見光譜儀、X射線衍射儀(XRD)、I-V測(cè)試儀等測(cè)試方法對(duì)SnO2薄膜的生長(zhǎng)狀況以及它的電阻開關(guān)特性進(jìn)行研究，并討論了不同的薄膜厚度、氧流量與退火溫度等沉積條件對(duì)器件的性能影響。
　　研究表明：由直流磁控濺射法制備的SnO2薄膜表現(xiàn)出了穩(wěn)定可靠的單極性電阻開關(guān)特性，當(dāng)在器件兩端施加一定電壓時(shí)，器件可以在高阻態(tài)(HRS)和低阻態(tài)(LRS)間進(jìn)行重復(fù)性的阻態(tài)轉(zhuǎn)換，而未施加電壓時(shí)，器件可以穩(wěn)定地保持在

6、一定阻態(tài)。器件處于低阻態(tài)時(shí)的電流傳導(dǎo)為歐姆傳導(dǎo)機(jī)制，器件處于高阻態(tài)時(shí)為空間電荷限制電流傳導(dǎo)機(jī)制，我們可以用“燈絲”理論對(duì)SnO2薄膜的電阻開關(guān)特性進(jìn)行描述，氧空位在“燈絲”形成過程中起著非常重要的作用。SnO2基電阻開關(guān)器件的forming電壓與其沉積時(shí)間正相關(guān)，而 set電壓、reset電壓與 SnO2薄膜的沉積時(shí)間關(guān)系較小。退火溫度的增加會(huì)使forming電壓也增大，但是set電壓、reset電壓與退火溫度的相關(guān)性較小。器件的高阻態(tài)