RF-濺射制備氧化釩薄膜及其電致開關(guān)特性研究.pdf

1、為適應(yīng)集成電路對(duì)存儲(chǔ)器低功耗、高容量、高速度等要求,阻變存儲(chǔ)器因?yàn)槠浜?jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、操作功耗低和工藝簡(jiǎn)單并兼容于當(dāng)今主流工藝而成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的下一代存儲(chǔ)器的候選。至今,阻變存儲(chǔ)器的研究中對(duì)材料體系篩選及優(yōu)化的研究仍是一項(xiàng)重要的任務(wù)。氧化釩材的MIT特性被廣泛研究,但是在電致作用下并且應(yīng)用于阻變存儲(chǔ)的研究至今還是處于初期。
　　 本論文以氧化釩作為阻變存儲(chǔ)器的關(guān)鍵材料出發(fā),通過用不同制備工藝方法在不同條件下制備了的氧化釩薄膜,并用XR

2、D、AFM、XPS、半導(dǎo)體參數(shù)分析儀等相關(guān)分析測(cè)試手段和方法對(duì)薄膜特性進(jìn)行表征。最后,在前期工藝探索的基礎(chǔ)上制備了具有不同底電極和功能層厚度的器件,并進(jìn)行了相關(guān)電學(xué)性能測(cè)試分析,初步的分析了影響其電學(xué)性能的因素以及電致開關(guān)特性的原因,主要研究?jī)?nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:
　　 (1)薄膜制備工藝方法的對(duì)比:本論文采用了四種方法制備薄膜,①DC-濺射②RF-反應(yīng)濺射③RF-濺射④金屬釩膜氧氣氣氛下退火。通過數(shù)據(jù)分析對(duì)比發(fā)現(xiàn):采用DC-濺射

3、沉積薄膜的速率是采用RF-濺射沉積薄膜的2.4倍以上；通過XRD分析DC-濺射沉積的薄膜比采用RF-濺射制各的薄膜的成分復(fù)雜；AFM形貌分析得出RF-濺射制備的薄膜的粗糙度及致密程度均優(yōu)于DC-濺射；XPS對(duì)薄膜組分析發(fā)現(xiàn)在RF-濺射方法下制備的薄膜的氧釩原子比為2.70:1,DC-濺射下為3.47:1。
　　 (2)分析了不同薄膜制備工藝下制備的薄膜的電致開關(guān)特性,并得出運(yùn)用RF-反應(yīng)濺射在氧分壓為10％、濺射功率為100 w

4、、室溫下制備的氧化釩薄膜具有相對(duì)于其他方法制備的薄膜更優(yōu)的可逆開關(guān)特性Forming電壓為3.79 V,Set/Reset電壓分別為1.45和0.53 V,Reset電流為13.2 mA。
　　 (3)通過對(duì)分別在Pt、Al和Cu底電極上制備氧化釩薄膜的電學(xué)性能分析,初步分析了氧化釩薄膜發(fā)生電致開關(guān)特性的機(jī)理,在以Pt為電極時(shí)為一種揮發(fā)性的電阻轉(zhuǎn)變特性:Al電極的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了類似于Pt電極的現(xiàn)象；而以Cu為電極時(shí),出現(xiàn)了穩(wěn)定的非

5、揮發(fā)性電阻轉(zhuǎn)變,由于Cu具有易擴(kuò)散性。推測(cè)此現(xiàn)象是因?yàn)镃u離子擴(kuò)散到介質(zhì)層形成和斷裂導(dǎo)電通道的導(dǎo)電細(xì)絲阻變機(jī)制。
　　 (4)通過對(duì)在Cu底電極上制備不同厚度的氧化釩薄膜的電學(xué)分析,討論了薄膜厚度對(duì)電致開關(guān)特性的影響,發(fā)現(xiàn)Forming電壓隨著薄膜厚度增加而上升,但是Set/Reset現(xiàn)象沒有隨薄膜厚度有明顯變化。
　　 本論文通過對(duì)不同薄膜制備工藝方法的對(duì)比和改變不同底電極以及改變功能層厚度測(cè)試結(jié)果,獲得較好應(yīng)用于阻變