銅摻雜氧化鋅薄膜阻變特性的研究.pdf

1、阻變存儲器憑借其操作電壓低、讀寫速度快、數(shù)據(jù)儲存時間長、儲存密度高以及微縮化前景良好等特點,被認為是最具潛力取代傳統(tǒng)Flash存儲器,成為下一代非揮發(fā)性高密度新型存儲器的有力競爭者。目前,阻變現(xiàn)象在有機物、固態(tài)電解質、鈣鈦礦化合物以及過渡金屬氧化物材料中均有觀察到。ZnO作為一種直接帶隙寬禁帶半導體材料,同樣也展示出了優(yōu)良的阻變性能。為了進一步提高阻變器件性能,國內外研究組嘗試在ZnO中摻入Mn和Cu等過渡金屬,并取得一定的成果。但是,

2、關于ZnO阻變器件的阻變機制的理論研究仍然存在很大的爭議。
　　本文制備了不同摻雜濃度的銅摻雜ZnO(Cu:ZnO)陶瓷靶材,采用射頻磁控濺射方法生長Cu:ZnO薄膜,并在此基礎上制備了類電容結構的阻變器件。另外,本文分別從體效應和界面效應兩方面對Cu:ZnO阻變器件的阻變機理進行了研究。
　　體效應方面,本論文首先研究了Cu摻雜濃度對阻變現(xiàn)象的影響,實驗觀察到摻銅濃度2at％的Cu:ZnO展現(xiàn)出了最佳的性能。在對工藝條件的

3、優(yōu)化中,發(fā)現(xiàn)襯底溫度在450℃下制備的Cu:ZnO薄膜由于具有良好的結晶性能使得其阻變器件表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)特性。此外,本文還研究了薄膜生長氣氛和頂電極尺寸對阻變現(xiàn)象的影響,結果顯示氧空位在薄膜的阻變過程中起著關鍵的作用,氧空位濃度越大,器件開關比和開啟電壓越小。對不同尺寸頂電極器件的電學測試結果表明:器件開啟電流不受頂電極尺寸影響,關閉電流隨頂電極尺寸的增大而增加。
　　界面效應方面,實驗采用熱蒸發(fā)法蒸鍍了功函數(shù)不同的Zn、Cu和

4、Au金屬薄膜作為阻變器件的頂電極,并對金屬半導體接觸類型進行了分析和探討。實驗觀察到,只有當金屬電極與介質層薄膜表現(xiàn)為肖特基接觸時,器件才會出現(xiàn)阻變現(xiàn)象,而且當器件在氬氣中退火后阻變現(xiàn)象會有較大的衰退。上述實驗也證實了界面勢壘是器件發(fā)生阻變的必要條件。本文還制備了Cu/CuO/ZnO/AZO雙介質層阻變器件,在與Cu/ZnO/AZO單介質層器件進行對比后顯示,雙介質層器件具有更大的開關比和更穩(wěn)定的循環(huán)特性,同時還表現(xiàn)出了更高和分布范圍更