基于氧化鎳薄膜的電阻開關(guān)特性研究.pdf

1、隨著數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品的性能要求越來越高，而存儲(chǔ)器一直是各類電子產(chǎn)品的最為關(guān)鍵的部件之一。與此同時(shí)，隨著半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展，集成電路工藝中器件的特征尺寸不斷縮小，導(dǎo)致柵氧化層厚度不斷減小，漏電流急劇增加，直接影響了器件的穩(wěn)定性和可靠性。以Flash為代表的傳統(tǒng)非揮發(fā)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度、讀寫速度很難繼續(xù)提高。同時(shí)，其較大的功耗也很大程度的限制了它在數(shù)字產(chǎn)品中的應(yīng)用。因此尋找一種新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)器發(fā)展的必然趨勢。目前，

2、人們已經(jīng)研制出多種新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其中電阻式存儲(chǔ)器以結(jié)構(gòu)簡單，集成密度高，讀寫速度快、功耗低以及與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，有望成為傳統(tǒng)非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的替代產(chǎn)品。
　　 本文首先使用單晶爐燒結(jié)粉末的方法制備了NiO陶瓷靶材，并分析了燒結(jié)溫度對靶材的性能，探索了不同燒結(jié)溫度的陶瓷靶材對薄膜結(jié)晶和電學(xué)特性的影響。隨后研究采用Ni金屬靶材和NiO陶瓷靶材，在Si襯底制備了NiO電阻開關(guān)器件，利用X射線衍射儀(XRD)、紫外-

3、可見光譜儀、I-V測試儀，測試手段研究了不同制備工藝對薄膜結(jié)晶性能和電阻開關(guān)特性的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)和分析表明：(1)NiO陶瓷靶材制備過程中，較高的燒結(jié)溫度有助于提高靶材的結(jié)晶質(zhì)量。(2)鎳金屬的磁性會(huì)屏蔽射頻磁控濺射的磁場，導(dǎo)致濺射速度較慢。雖然使用陶瓷靶材時(shí)濺射速率較快，但是較高的沉積速率下，靶材的結(jié)晶性能以及缺陷都會(huì)影響到由其制備NiO薄膜的性能，考慮到薄膜性能和工藝復(fù)雜度等因素，實(shí)驗(yàn)最終采用鎳金屬靶材制備氧化鎳電阻開關(guān)

4、器件。(3)薄膜器件的電阻開關(guān)特性與沉積時(shí)間有關(guān)。沉積時(shí)間較短時(shí)，NiO層厚度較薄，由于晶粒較小，晶界較多，導(dǎo)致漏電流較大，此時(shí)的I-V特性呈線性關(guān)系；隨著沉積時(shí)間的增加，薄膜器件可以觀察到穩(wěn)定的電阻開關(guān)特性，并且Forming電壓和Set電壓隨著薄膜厚度的增加而增加。(4)氧流量影響NiO薄膜中鎳空位的數(shù)量，從而影響電阻開關(guān)效應(yīng)。當(dāng)氧流量較小時(shí)，薄膜呈現(xiàn)金屬性，器件不會(huì)出現(xiàn)電阻開關(guān)效應(yīng)。當(dāng)氧流量大于20sccm后，隨著氧流量增加時(shí)，F(xiàn)