氧化鋯薄膜的制備及其阻變特性的研究.pdf

1、阻變存儲(chǔ)器（RRAM)因其響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性髙，功耗低等優(yōu)點(diǎn)有望成為新一代的存儲(chǔ)器，這類存儲(chǔ)器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用涉及到的問(wèn)題很多，但以阻變層材料、電極材料及微細(xì)加工等尤為關(guān)鍵。該論文主要圍繞這幾個(gè)問(wèn)題，探討了氧化鋯作為阻變層的可行性、電極對(duì)阻變機(jī)理的影響機(jī)制、微細(xì)加工及微小尺寸阻變特性的實(shí)時(shí)測(cè)試等問(wèn)題。
　　首先，研究了溶膠-凝膠制備氧化鋯薄膜的方法及熱處理溫度對(duì)薄膜組織結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)不同熱處理溫度可以獲得不同結(jié)構(gòu)的薄膜，即在300℃下

2、熱處理獲得的為非晶的ZrO2薄膜；在500℃下獲得的微晶態(tài)的ZrO2薄膜；在700℃下獲得的多晶四方相結(jié)構(gòu)的Zr02薄膜。研究發(fā)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)及電極對(duì)氧化鋯阻變特性及機(jī)理具有重要影響，在以銻摻雜的氧化錫(ATO)薄膜作為底電極的情況下，以Cu作為頂電極時(shí)，阻變機(jī)理為以Cu導(dǎo)電細(xì)絲的形成為主。Cu/Zr02/AT0阻變器件表現(xiàn)為雙極性阻變特性，且以300℃熱處理獲得的非晶組織為好：而以Pt作為頂電極時(shí)，阻變機(jī)理為以氧空穴形成的導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制。P

3、t/ZrO2/ATO阻變器件表現(xiàn)為單極性阻變特性，且以500℃熱處理的微晶態(tài)Zr02薄膜的阻變特性較好。
　　進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，以Pt作為頂電極，通過(guò)給氧化鋯薄膜適量摻雜Cu可以改變Zr02薄膜的阻變機(jī)理，使其由以Cu導(dǎo)電細(xì)絲的形成機(jī)制變?yōu)橐匝蹩昭ㄐ纬傻膶?dǎo)電細(xì)絲機(jī)制為主。并導(dǎo)致其由單極性變?yōu)殡p極性^即摻雜可以調(diào)控氧化鋯阻變器件的阻變類型。
　　研究了50-300K(-223～27℃)溫度區(qū)間阻變特性隨溫度的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)ZrO2薄

4、膜的電阻率變化會(huì)隨著溫度的下降而減小，Cu/Zr02/ATO阻變器件在50K(-223℃)時(shí)，阻變特性明顯減小，但阻變穩(wěn)定性提高，開(kāi)關(guān)比（Roff/Ron)降低。這主要是因?yàn)殡S著溫度降低，Cu的擴(kuò)散系數(shù)減小的同時(shí)焦耳熱效應(yīng)也相應(yīng)減小的緣故。
　　結(jié)合化學(xué)修飾劑法制備了感光性氧化鋯紫外感光特性凝膠薄膜，研究了直接感光法制備氧化錐阻變薄膜微細(xì)圖形的可能性。通過(guò)雙光束曝光法獲得了格點(diǎn)尺寸為1μm的ZrO2微陣列。進(jìn)一步搭建了微小圖形實(shí)時(shí)