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文檔簡介
1、在信息技術(shù)時(shí)代,存儲(chǔ)器的制備與性能對于信息的存儲(chǔ)有著重要的意義。阻變存儲(chǔ)器因其擦寫速度快,耐久性高,非破壞性讀取,結(jié)構(gòu)簡單,集成度高等優(yōu)點(diǎn),成為非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前,人們已經(jīng)在二元金屬氧化物(ZnO、CuOx、 Al2O3、TiO2),三元鈣鈦礦氧化物材料(SrTiO3、SrZrO3),復(fù)雜氧化物,有機(jī)材料及固態(tài)電解質(zhì)材料中發(fā)現(xiàn)了阻變存儲(chǔ)性能。其中,二元金屬氧化物因其制備工藝簡單,并與傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Compl
2、ementaryMetal-Oxide-Semiconductor, CMOS)工藝兼容而得到人們廣泛的關(guān)注。
氧化鋁(Al2O3)因其光學(xué)性能優(yōu)良、機(jī)械強(qiáng)度與硬度極高、透明性與絕緣性好等優(yōu)點(diǎn),在光電領(lǐng)域有著長足的應(yīng)用。通過傳統(tǒng)的物理氣相沉積,人們相繼在基于Al2O3薄膜的器件中發(fā)現(xiàn)了電阻開關(guān)特性。然而,基于原子層沉積法(AtomLayer Deposition,ALD)制備Al2O3薄膜器件還相對較少,與其他薄膜沉積方法相比
3、,ALD技術(shù)能夠精確地控制薄膜的組分和厚度。此外,由于ALD制備的Al2O3薄膜較為致密,這些器件雖然具有一定的阻變存儲(chǔ)性能,但往往需要較高的電激活電壓(forming voltage,VF),這不僅需要較高的能耗,也對器件安全造成了很大的威脅,比如擦寫不夠穩(wěn)定,容易擊穿等等。
本論文通過利用原子層沉積的方法,制備出具有電阻開關(guān)特型的Al2O3薄膜基阻變存儲(chǔ)器,探索了退火工藝對Al2O3薄膜電阻開關(guān)特性的影響,并創(chuàng)造性地在AL
4、D制備過程中結(jié)合摻Zn和原位等離子氫處理的手段,實(shí)現(xiàn)Al2O3薄膜的免激活(forming free)性能,從而大大提高其穩(wěn)定性和耐久性。主要研究成果如下:
?。ㄒ唬┨剿髁薃l2O3薄膜基阻變存儲(chǔ)器件的制備工藝,制備出具有電阻開關(guān)特性的Ti/Al2O3/Pt器件;并利用退火工藝成功降低了薄膜的VF。通過原子層沉積法在Pt底電極上制備了Al2O3薄膜,利用電子束蒸發(fā)法結(jié)合掩膜板制備了Ti頂電極,確定了最佳的器件制備工藝。結(jié)果表明,
5、ALD制備的Al2O3薄膜表面光滑,表面粗糙度(Rms)僅為0.852nm。制得的Ti/Al2O3/Pt器件具有典型的雙極性電阻開關(guān)特性,VF為7.5V,SET電壓及RESET電壓分別為1.5V和-1.2V,高低阻態(tài)比為102-103左右。器件的阻變機(jī)理與氧空位形成的導(dǎo)電絲(Conductive導(dǎo)電絲s,CFs)有關(guān),其導(dǎo)電機(jī)理為空間電荷限制電流(space-charge-limited current,SCLC)機(jī)制。對Al2O3薄膜
6、退火后,薄膜的導(dǎo)電性提高,Ti/Annealing Al2O3/Pt器件的VF降低為4.5V。
?。ǘ┓謩e通過Zn摻雜和原位氫等離子體處理實(shí)現(xiàn)了Ti/Al2O3/Pt器件的forming free性能,并提高了器件的穩(wěn)定性。在ALD生長時(shí)分別控制Al2O3和ZnO的循環(huán)數(shù)進(jìn)行定量Zn摻雜,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在n(Al)∶ n(Zn)=29時(shí),VF降到了3.95V;而n(Al)∶ n(Zn)=19時(shí),VF降到了2.58V,當(dāng)n(Al)∶
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