摻雜對ZrO2信息功能薄膜的影響及其性質(zhì)研究.pdf

1、本論文主要工作分為兩部分:第一部分是利用LeyboldLAB600sp磁控濺射系統(tǒng)采用射頻與直流磁控共濺射的方法制備了不同組分的Si-ZrO2復(fù)合薄膜。實(shí)驗(yàn)中,Si的摻雜組分的改變有兩種方法實(shí)現(xiàn):一是通過固定ZrO2靶以及Si靶的濺射功率、改變Si靶靶頭的傾角角度來實(shí)現(xiàn),并得到了不同溫度下退火的樣品;利用X射線光電子譜(XPS)表征了不同組分Si-ZrO2復(fù)合薄膜的化學(xué)組成,研究了不同組分對Si-ZrO2復(fù)合薄膜光學(xué)性質(zhì)的影響以及不同退

2、火溫度對相同組分Si-ZrO2復(fù)合薄膜光學(xué)性質(zhì)的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)隨著Si的少量摻入使Si-ZrO2復(fù)合薄膜的折射率小于純ZrO2薄膜,消光系數(shù)大于純ZrO2薄膜,隨著Si摻雜量的增加,不同組分Si-ZrO2復(fù)合薄膜的折射率隨之增大,不同組分Si-ZrO2復(fù)合薄膜的消光系數(shù)也隨之增大,500℃以下退火對本實(shí)驗(yàn)中所制備樣品薄膜的結(jié)構(gòu)影響甚小,反映在測量波段,不同組分的Si-ZrO2復(fù)合薄膜的折射率與消光系數(shù)變化趨勢幾乎沒有變化。二是通過固

3、定ZrO2靶以及Si靶的濺射功率,依靠實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的制備楔形組分樣品輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)在一片襯底上實(shí)現(xiàn)橫向組分漸變的不同組分Si-ZrO2復(fù)合薄膜樣品。利用X射線光電子譜(XPS)表征了同一片樣品上橫向范圍內(nèi)各點(diǎn)Si、ZrO2的百分含量,并在此基礎(chǔ)上,研究了Al/不同組分Si-ZrO2/Al的信息功能薄膜的Ⅰ-Ⅴ特征參數(shù),研究發(fā)現(xiàn),在Si摻雜較少(Si/Zr相對百分比＜20％)的情況下,Si-ZrO2復(fù)合信息功能薄膜器件能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的開關(guān)狀

4、態(tài),且Roff/Ron比純ZrO2信息功能薄膜器件大百至千倍以上,這樣給在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中存儲器提供了更大的容錯比。Si-ZrO2復(fù)合信息功能薄膜器件從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變成低阻態(tài)所需要的SET電壓隨著Si摻雜量的增加而增大,高低兩個穩(wěn)定的阻態(tài)比也隨Si摻雜量的增加而增大,這是由于Si含量的增加導(dǎo)致Si-ZrO2復(fù)合薄膜整體的電阻率有明顯增加所引起的。第二部分是利用LeyboldLAB600sp磁控濺射系統(tǒng)采用直流磁控濺射方式,使Zr靶在不同氧氛圍

5、下反應(yīng)濺射,制備出不同氧化程度的ZrOx薄膜。ZrOx薄膜的不同氧化程度的控制是通過固定濺射氣體-氬氣的流量、而改變反應(yīng)氣體-氧氣的流量來實(shí)現(xiàn)的。利用X射線光電子譜(XPS)表征了不同氧化程度的ZrO、薄膜,用X射線衍射(XRD)來表征不同氧化程度的ZrOx薄膜的結(jié)構(gòu)。通過橢圓偏振光譜儀研究了不同氧化程度的ZrOx薄膜的光學(xué)性質(zhì)。研究了Al/不同氧化程度的ZrOx/Al的信息功能薄膜的Ⅰ-Ⅴ特征參數(shù),研究發(fā)現(xiàn)氧化越充分的ZrOx信息功能