IGZO忆阻器件的溶液法制备与电性能研究

发布时间：2017-05-16 06:06

  本文关键词：IGZO忆阻器件的溶液法制备与电性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人类的大脑神经系统通过神经突触相互连结,形成一个具有认知能力的网络。若能实现具有神经突触功能的电子器件,并利用其构建神经网络处理器,将对计算机硬件产生革命性的影响。本论文着眼于此,利用一种过渡金属氧化物-铟镓锌氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide, IGZO)作为有源材料制备忆阻器件并模仿神经突触的部分功能。制备IGZO薄膜的方法众多,其中溶液法制备工艺简单,可以在非真空、低温条件下制备性能良好的薄膜,非常适合本论文材料与器件制备的需要。因此,论文通过溶液法在衬底上制备了IGZO薄膜作为有源介质层,同时基于溶液法在IGZO薄膜上制备了银作为顶电极,形成忆阻器件,进而研究器件的电性能及神经模仿功能。具体而言,本文的研究工作包括以下6个部分。1.采用溶胶凝胶技术,以醋酸锌、硝酸铟、硝酸镓、乙二醇单甲醚(2-ME)和单乙醇胺(MEA)为原料制备IGZO反应前驱墨水,研究了稳定剂对锌前驱物溶解的影响,不同铟镓前驱物对薄膜制备的影响。研究结果表明：选定锌元素与单乙醇胺摩尔比为1：1.5时,醋酸锌能够良好地溶解于溶剂,选定铟和镓的前驱物为硝酸物时,相比氯化物,其水解需要的能量更少,缩合反应进行得更快更明显,制备的薄膜在同等温度下晶格重构更明显。2.采用旋涂技术,直接在AZO衬底上制备IGZO薄膜,研究了不同衬底、退火温度、锌元素比例以及旋涂层数对IGZO薄膜生长的影响。研究结果表明：当退火温度为350-C,In:Ga:Zn=1:4:5时,在AZO衬底上生长的IGZO薄膜具有一定取向性,薄膜表面连续平整。3.采用溶胶凝胶技术,以柠檬酸银、2-ME和MEA作为原料制备银反应前驱墨水,研究了墨水浓度、旋涂层数以及退火温度对银薄膜形貌及导电性能的影响。研究结果表明：250*退火温度条件下,使用每10ml 2-ME中溶解3g柠檬酸银和4.29g MEA的墨水制备的双层薄膜具有较好的薄膜形貌及导电性能。4.采用喷墨打印技术,在IGZO/AZO上制备银点电极,研究了喷墨打印过程中驱动电压频率、斜率以及幅度对银墨水飞行的影响,最终制备出不同半径大小的银点电极阵列。5.整合制备Ag/IGZO/AZO结构的器件,研究电压编程对不同工艺参数的器件电性能影响,工艺参数主要包括IGZO介质层厚度以及银点电极半径。最终获得了阻值可变且能保持记忆的器件,并通过电压编程模拟突触的可塑性。6.对性能良好的器件的测试数据进行初步拟合,发现其Ⅰ-Ⅴ特性与基于电化学金属效应的跳跃导电行为吻合度较高。我们认为主要是银的电离和银离子的迁移,使银导电细丝在IGZO中的形成与溶解,从而引起器件的阻值变化。
【关键词】：IGZO薄膜 忆阻器件 溶液法制备 喷墨印刷 银电极
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN05
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 论文研究背景及意义14-18
• 1.2 忆阻器件的阻变机理18-24
• 1.2.1 导电细丝机制18-20
• 1.2.2 介质导电机制20-24
• 1.3 忆阻器件的研究现状24-26
• 1.3.1 基于IGZO的忆阻器件24-26
• 1.3.2 国内外研究状况26
• 1.4 本论文的研究目标和主要工作26-29
• 第二章 材料制备方法及表征手段29-39
• 2.1 实验仪器和材料29-30
• 2.1.1 实验仪器29-30
• 2.1.2 实验材料30
• 2.2 制备流程和方法30-34
• 2.2.1 络合法制备墨水31
• 2.2.2 旋涂法制备薄膜31-33
• 2.2.3 喷印法制备点电极33
• 2.2.4 器件结构33-34
• 2.3 表征技术34-38
• 2.3.1 扫描电子显微镜34-35
• 2.3.2 X射线衍射35
• 2.3.3 同步热分析法35-36
• 2.3.4 紫外-可见光透射光谱36-37
• 2.3.5 四探针法37
• 2.3.6 半导体特性分析37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 IGZO薄膜的制备及其性能研究39-51
• 3.1 IGZO墨水制备39-44
• 3.1.1 溶剂和稳定剂的选取40-42
• 3.1.2 前驱物的选取42-44
• 3.2 IGZO薄膜制备44-50
• 3.2.1 衬底对薄膜生长的影响44-46
• 3.2.2 退火温度对薄膜形貌的影响46-47
• 3.2.3 元素组分对薄膜形貌的影响47-48
• 3.2.4 旋涂层数对薄膜的影响48-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 银点电极的制备及其性能研究51-65
• 4.1 银墨水制备51-52
• 4.2 旋涂法制备银薄膜52-56
• 4.2.1 墨水浓度对薄膜形貌的影响52-53
• 4.2.2 退火温度对薄膜形貌的影响53-55
• 4.2.3 旋涂层数对薄膜形貌和性能的影响55-56
• 4.3 喷墨打印法制备银点电极56-64
• 4.3.1 驱动电压频率对墨滴飞行的影响58-61
• 4.3.2 驱动电压斜率对墨滴飞行的影响61-62
• 4.3.3 驱动电压幅度对墨滴飞行的影响62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 器件测试及性能研究65-83
• 5.1 器件电性能测试65-75
• 5.1.1 电压幅度对器件电性能的影响66-70
• 5.1.2 电压频率对器件电性能的影响70-72
• 5.1.3 电极大小对阻值变化的影响72-74
• 5.1.4 负向激励幅度对阻值变化的影响74-75
• 5.2 器件导电特性研究75-80
• 5.2.1 拟合用户界面制作75-76
• 5.2.2 器件导电机制拟合分析76-80
• 5.3 器件光性能测试80-81
• 5.4 本章小结81-83
• 总结与展望83-86
• 全文总结83-85
• 展望85-86
• 特色与创新之处86-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参与项目91-93
• 致谢93

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