ZnO纳米线忆阻器的制备及其性能研究

发布时间：2017-05-11 20:19

  本文关键词：ZnO纳米线忆阻器的制备及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着半导体工艺和产业遵循着摩尔定律获得快速发展,以微电子为支撑,计算机和通信技术为代表的电子信息产业,使人类进入了现代信息科技的时代。然而,存储器作为信息技术的关键器件,正由于传统的半导体工艺技术逐渐接近其物理极限,在集成度和性能等方面遭遇到尺寸节点等瓶颈,尺寸越小就会遇到越多的问题。忆阻器可作为新型非易失性存储器,其在信息存储方面具有工艺简单,优异的特征尺寸可缩小性,与传统CMOS工艺兼容等多种优点,在未来存储器市场将具有非常大的竞争力,受到学术界和产业界广泛的关注和研究。目前,研究较多的是薄膜结构的忆阻器。由于纳米线结构材料比薄膜材料具有一些独特的物理、化学特性,因而相应功能器件有望表现出特殊的功能或工作机制。ZnO纳米线原材料成本低,制备方法简单,晶体结构简单对称,化学性能稳定等,因此本文将基于单根ZnO纳米线,制备忆阻器。采用化学气相沉积法制备了氧化锌纳米线,以及其他形貌的纳米结构。用化学腐蚀法制备了金属铜掩模版,并用光刻和一步掩膜法分别制备了Au/ZnO纳米线(NW)/Au忆阻器件。其中制备纳米线忆阻器的一步掩膜法具有对设备依赖程度低,易操作,可避免光刻方法常引入杂质的影响。实验发现,利用一步掩模法制备的器件,具有无极性的忆阻行为,并且单极性和双极性忆阻行为不受扫描历史影响而可逆地转换。同时,两种操作方式下,高低阻态的电阻值基本一致,开关比都可以达到105以上,且表现出较好的耐疲劳特性,循环次数均在20次以上。在测试的器件时,也发现了自恢复开关特性。通过测试低阻态电阻与温度的依赖关系,发现器件在低阻态时具有半导体导电特性,并推测Au/ZnO NW/Au器件的忆阻机制与纳米线表面氧空位形成的导电细丝有关。无极性的特性可以拓展忆阻器件的应用范围和工艺可行性的潜力。
【关键词】：ZnO纳米线 忆阻器 一步掩膜法 电致变阻
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM501;TQ132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 忆阻器的忆阻行为分类11-12
• 1.3 忆阻器的材料体系分类12-14
• 1.3.1 二元氧化物12-13
• 1.3.2 碳基材料13
• 1.3.3 硫系材料13
• 1.3.4 钙钛矿氧化物13
• 1.3.5 单质材料类13-14
• 1.3.6 固态电解质14
• 1.3.7 有机介质材料14
• 1.3.8 电极材料14
• 1.4 忆阻器的工作机制14-21
• 1.4.1 导电细丝模型15-17
• 1.4.2 P-F发射机制17-18
• 1.4.3 SCLC发射机制18-19
• 1.4.4 肖特基势垒模型19-21
• 1.5 忆阻器的结构形式21-22
• 1.6 氧化锌纳米线忆阻器的研究现状22-25
• 1.7 忆阻器的研究意义和主要内容25-27
• 第2章 样品与器件的制备与表征手段27-34
• 2.1 管式退火炉27-28
• 2.2 光刻设备简介28-30
• 2.2.1 匀胶机28
• 2.2.2 烘烤机28-29
• 2.2.3 紫外光刻机29-30
• 2.3 电子束热蒸发30-32
• 2.4 半导体参数测试仪32-33
• 2.5 扫描电子显微镜33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 ZnO纳米线的制备与表征34-45
• 3.1 ZnO晶体结构和基本性质34
• 3.2 ZnO纳米材料的制备34-36
• 3.2.1 化学气相沉积法35
• 3.2.2 金属有机化学气相沉积35
• 3.2.3 溶胶-凝胶35-36
• 3.2.4 脉冲激光沉积36
• 3.3 CVD实验过程36-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 ZnO纳米线忆阻器的制备与表征45-59
• 4.1 紫外光刻技术制备ZnO纳米线忆阻器45-48
• 4.1.1 光刻实验过程45-47
• 4.1.2 ZnO纳米线忆阻器的特性测试47-48
• 4.2 一步掩膜法制备ZnO纳米线忆阻器的制备48-58
• 4.2.1 铜掩膜版的制备48-49
• 4.2.2 器件的制备49
• 4.2.3 电学特性测试49-53
• 4.2.4 器件的耐疲劳特性测试53-54
• 4.2.5 多态存储54-55
• 4.2.6 自恢复开关特性55-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 ZnO纳米线忆阻器机理研究59-63
• 5.1 ZnO纳米线忆阻器的电学特性分析59-61
• 5.2 ZnO纳米线忆阻器的低阻态与温度关系61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士期间发表的论文71

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