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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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本文编号:358014

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