硅基忆阻薄膜材料激光辐照及其效应研究

发布时间：2020-05-12 11:55

【摘要】：硅基忆阻薄膜是一种工艺简单且与CMOS工艺兼容的介电半导体薄膜,在新一代存储器件以及人工智能领域备受关注。目前为止,基于硅基忆阻材料进行搭建的忆阻器有很多种。但是,硅基忆阻薄膜多以a-Si为母相,由于存在严重的光致衰退(S-W)效应,使得其应用于器件时性能会随着时间的变化逐渐变差。因此,在硅基忆阻薄膜中引入部分晶化,提高薄膜的结构稳定性十分必要。本文以磁控溅射方法制备Ag(Al)掺杂非晶硅忆阻薄膜材料(a-Si:Ag(Al)),采用不同能量的飞秒激光进行辐照改性,并借助金相显微镜、扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪、X射线衍射分析仪和可见-近红外光谱仪等多种手段,深入研究了金属含量和飞秒激光能量对忆阻薄膜材料微观结构以及光电性能的影响。取得的主要成果如下:(1)制备态a-Si:Ag(Al)薄膜中的Ag和Al均以单质形态分布在非晶网络中。Ag含量的增大会使薄膜的短程和中程无序度增大、薄膜的光谱吸收率增大、光谱透射率和电阻率减小;Al含量的增大会使薄膜的中程有序度增大、电阻率减小。(2)制备态a-Si:Ag(Al)薄膜受飞秒激光辐照后,薄膜表面会出现呈高斯分布的辐照光斑痕迹。随着激光能量的增大,辐照光斑痕迹越来越明显,无论是a-Si还是a-Si:Ag(Al)薄膜,在同一个光斑内,从中心到边缘非晶硅的晶化率逐渐降低,硅晶粒尺寸逐渐变小。在相同的能量密度辐照下,随着金属含量的增多,薄膜晶化会逐渐被抑制,产生的晶硅颗粒尺寸逐渐减小,其中,Ag比Al的抑制效果更强;随着激光能量的升高,a-Si:Ag(Al)薄膜中非晶硅晶化的结晶度会变大,但硅晶粒尺寸不会发生明显粗化。(3)Ag和Al对a-Si薄膜的光谱性能影响完全不同。a-Si:Ag薄膜比a-Si薄膜的电阻率更低,光谱透射率小、光谱吸收率高、透射光谱和反射光谱的干涉峰弱,且Ag含量越高,上述现象越明显;飞秒激光辐照后,a-Si薄膜和a-Si:Ag薄膜光谱曲线中的干涉峰减弱,电阻率降低。a-Si:Al薄膜和a-Si薄膜的光谱曲线差别不大,但前者比后者的电阻率低;飞秒激光辐照后,a-Si:Al薄膜和a-Si薄膜的干涉峰均减弱,电阻率均降低,但Al含量越高,薄膜的光谱曲线中干涉峰越强。随着激光能量的增加,a-Si:Ag(Al)薄膜的反射率减小、吸收率和电阻率有所增强。
【图文】：

基本物理量,忆阻器,电路,记忆特性

图 1-1 四个电路基本物理量之间的关系[7]对称性原理，蔡教授提出了除电阻器，电容器和电感件，并将之命名为忆阻器（Memristor）。忆阻器的特征M d dqq 是电荷量，φ是磁通量。因为φ和 q 可以由电压、电流在式可以变换为下式： Mqtvtdtitdt 2)以看出，忆阻器的单位也是欧姆，与电阻单位是相同息息相关，它取决于流过忆阻器的总电荷，即忆阻器相其对电荷量有记忆特性，且在电源断电时该记忆特性可，Chua、Kang 等人完善了忆阻器理论，提出了忆阻系统 x fx,u,t

频率响应,阻材料,忆阻器

图 1-2 电流-电压曲线的频率响应器的概念在很早就出现了，但是直到 2008 年，第一个出来[9]。忆阻器因具有独特的“记忆电阻”效应而在存储重要的应用。首先，，忆阻器的单元能够达到纳米量级，建出大容量的忆阻存储器，同时忆阻器还具有逻辑运算为一体，这可能为为计算机体系带来变革。除此之外，神经突触的机理类似，因此也是模拟神经元突触仿生的材料的分类与特点器的特殊性质以及在微电子领域的广泛应用前景，导空前高涨。目前报道的忆阻材料有很多种大致可分为以基忆阻材料[10]。目前常用的硅基忆阻材料包括非晶硅（（a-Si:Metal）、氧氮硅[12,13]等。目前，硅基忆阻材料忆阻材料。这是因为与其他类型的忆阻材料相比，硅
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN304.055

【参考文献】