氧化锆薄膜的制备及其阻变特性的研究

发布时间：2018-01-27 22:27

  本文关键词： ZrO_2薄膜 阻变特性 溶胶-凝胶法 微细加工 阻变机理　出处：《西安理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：阻变存储器(RRAM)因其响应度快,稳定性高,功耗低等优点有望成为新一代的存储器,这类存储器的开发应用涉及到的问题很多,但以阻变层材料、电极材料及微细加工等尤为关键。该论文主要围绕这几个问题,探讨了氧化锆作为阻变层的可行性、电极对阻变机理的影响机制、微细加工及微小尺寸阻变特性的实时测试等问题。首先,研究了溶胶-凝胶制备氧化锆薄膜的方法及热处理温度对薄膜组织结构的影响,通过不同热处理温度可以获得不同结构的薄膜,即在300℃下热处理获得的为非晶的ZrO_2薄膜;在500℃下获得的微晶态的ZrO_2薄膜;在700℃下获得的多晶四方相结构的ZrO_2薄膜。研究发现组织结构及电极对氧化锆阻变特性及机理具有重要影响,在以锑掺杂的氧化锡(ATO)薄膜作为底电极的情况下,以Cu作为顶电极时,阻变机理为以Cu导电细丝的形成为主。Cu/ZrO_2/ATO阻变器件表现为双极性阻变特性,且以300℃热处理获得的非晶组织为好;而以Pt作为顶电极时,阻变机理为以氧空穴形成的导电细丝机制。Pt/ZrO_2/ATO阻变器件表现为单极性阻变特性,且以500℃热处理的微晶态ZrO:薄膜的阻变特性较好。进一步发现,以Pt作为顶电极,通过给氧化锆薄膜适量掺杂Cu可以改变ZrO_2薄膜的阻变机理,使其由以Cu导电细丝的形成机制变为以氧空穴形成的导电细丝机制为主。并导致其由单极性变为双极性。即掺杂可以调控氧化锆阻变器件的阻变类型。研究了50-300K(-223-27℃)温度区间阻变特性随温度的变化规律。发现ZrO_2薄膜的电阻率变化会随着温度的下降而减小,Cu/ZrO_2/ATO阻变器件在50K(-223℃)时,阻变特性明显减小,但阻变稳定性提高,开关比(Roff/rON)降低。这主要是因为随着温度降低,Cu的扩散系数减小的同时焦耳热效应也相应减小的缘故。结合化学修饰剂法制备了感光性氧化结紫外感光特性凝胶薄膜,研究了直接感光法制备氧化锆阻变薄膜微细图形的可能性。通过双光束曝光法获得了格点尺寸为1μm的ZrO_2微阵列。进一步搭建了微小图形实时阻变性能检测系统。以原子力导电探针作为顶电极,在扫描阻变氧化锆薄膜的表面微区形貌的同时可进行微区的阻变性能研究。通过自行搭建的原位阻变性能测试平台获得了格点尺寸为1μm的ZrO_2微阵列微细图形的电阻转变特性曲线。
[Abstract]:Resistive memory (RRAM) is expected to become a new generation of memory because of its fast response, high stability and low power consumption. The development and application of this kind of memory involves a lot of problems, but it is made of resistive layer materials. Electrode materials and micro-fabrication are particularly critical. The feasibility of zirconia as a barrier layer and the influence mechanism of electrode on resistance mechanism are discussed around these problems in this paper. Micro-fabrication and real-time measurement of micro-size resistance. Firstly, the method of preparing zirconia thin films by sol-gel and the effect of heat treatment temperature on the microstructure of the films were studied. The films with different structure can be obtained by heat treatment at different temperatures, that is, amorphous ZrO_2 films can be obtained by heat treatment at 300 鈩，

本文编号：1469038