摻雜γ-Fe2O3納米微粒HfOx薄膜的存儲特性.pdf

1、現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，對新一代非易失性存儲器提出了更大存儲密度，器件尺寸更小化，更快讀/寫速度等新要求。自從20世紀(jì)60年代氧化物薄膜電阻開關(guān)特性發(fā)現(xiàn)至今，基于金屬-絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜阻變隨機(jī)存儲器憑借存儲速度快、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、可高密度集成等優(yōu)點(diǎn)迅速成為除鐵電隨機(jī)存儲器、磁電阻隨機(jī)存儲器和相變隨機(jī)存儲器外的另一種新型快閃存儲器件。最新研究發(fā)現(xiàn)HfOx薄膜和γ-Fe2O3顆粒薄膜都具有一定的電阻開關(guān)特性，但前者高/低電阻比

2、有待提高，而后者的穩(wěn)定性又差強(qiáng)人意。
　　本文結(jié)合射頻磁控濺射和滴涂法在鍍Pt的p-Si(100)襯底上制備了HfOx薄膜/γ-Fe2O3納米微粒/HfOx薄膜三明治電容器結(jié)構(gòu)。SEM，XRD和XPS觀測分析表明:實驗制備的Fe2O3納米微粒為單純的丫相晶粒，無其它雜相，平均粒徑約為34.3nm; HfOx薄膜為氧配比不足的單斜相多晶薄膜。電流-電壓(I-V)特性測試表明:摻雜γ-Fe2O3納米微粒HfOx薄膜具有顯著的雙極型電阻

3、開關(guān)特性:在-0.8V讀取電壓下，高/低電阻態(tài)阻值平均比值約為18.7，該比值可穩(wěn)定維持＞100個循環(huán)周期，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。利用指數(shù)定律擬合實驗曲線結(jié)果表明:高阻態(tài)漏電流以缺陷主導(dǎo)的空間電荷限制隧穿電流為主;而低阻態(tài)則以歐姆接觸電導(dǎo)為主。Ag上電極與HfOx界面層處氧離子的定向漂移使得薄膜中氧空位缺陷形成的導(dǎo)電細(xì)絲通道周期性地導(dǎo)通與截斷，從而使得薄膜呈現(xiàn)電阻開關(guān)效應(yīng)。電容-電壓(C-V)特性曲線測試表明:摻雜γ-Fe2O3納米微粒后

4、，HfOx薄膜具有順時針的C-V滯后回線，滯后回線窗口寬度與電極面積和掃描電壓有關(guān):在±4V柵極電壓循環(huán)掃描下，電極直徑為0.1mm的樣品可獲得0.39V的電荷存儲窗口寬度，對應(yīng)1.18×1010/cm2的電荷存儲密度。磁性測量發(fā)現(xiàn):摻雜γ-Fe2O3納米微粒后，HfOx薄膜由抗磁性變?yōu)轭愯F磁性，并表現(xiàn)出一定的磁矩各向異性，但并未觀測到典型的鐵磁性磁滯回線。
　　摻雜γ-Fe2O3納米微粒HfOx薄膜在電阻開關(guān)存儲，電荷存儲以及磁