ZnO基薄膜的制备及其阻变性能研究

发布时间：2017-10-11 21:41

  本文关键词：ZnO基薄膜的制备及其阻变性能研究

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【摘要】：随着半导体技术的迅速发展,目前主流的Flash存储器面临严重的技术瓶颈。在下一代非易失性存储器的研究中,阻变存储器因其结构简单、读写速度快、能耗低和兼容性良好等特点,被公认为有望取代Flash的有力竞争者之一。阻变机理的探讨、阻变材料的选择、制备工艺的优化以及掺杂改性是目前RRAM研究的重点。本论文首先采用溶胶凝胶法制备单层结构Ag/NixZn1-xO/FTO、Ag/CuxZn1-xO/FTO器件及复合结构Ag/Ni O/Zn O/FTO器件,研究了Ni2+、Cu2+掺杂及复合结构对其阻变性能的影响,并对器件的阻变机理进行探讨;同时,采用水热法制备Zn O阵列膜,对其结构形貌和光谱性能进行表征,并对其场发射特性和I-V特性进行研究。论文主要内容如下:(1)使用溶胶凝胶法制备Ag/NixZn1-xO/FTO器件,研究Ni2+掺杂对阻变性能的影响。结果显示Ni2+掺杂可以有效补偿本征缺陷,改善器件阻变性能,高低阻值比为104~105。掺杂量的增加可以改善VSET的分散性。氧空位导电细丝的形成和断裂是阻变现象产生的主要原因,漏电流传导符合空间电荷限制电流(SCLC)理论。(2)使用溶胶凝胶法制备Ag/CuxZn1-xO/FTO器件,对其晶相结构和I-V特性进行分析。热激发所产生的本征载流子与电极处注入的载流子之间的浓度大小关系决定器件的微观导电机制符合SCLC理论。薄膜内导电细丝的形成比断裂更具随机性,Cu2+掺杂可以改善HRS阻值和VSET的分散性,但对LRS阻值和VRESET的影响并不明显。(3)使用溶胶凝胶法制备Ag/Ni O/Zn O/FTO器件,研究限制电流ICC对其阻变性能的影响。Ni O/Zn O界面态决定器件的阻变性能,注入载流子被界面态陷阱俘获和释放,引起耗尽层宽度变化,器件阻值发生转换;合适的ICC可有效保护器件不被永久性击穿,并获得稳定的阻变性能;不同的VRESET释放不同能级的陷阱电荷,从而产生不同的HRS阻值。(4)使用水热法制备Zn O阵列膜,研究Cu2+及氨水对其结构形貌、光谱性能及I-V特性的影响。氨水和Cu2+的共添加促进纳米棒沿c轴方向生长,导致纳米棒长径比增大,并发生弯曲,形成由纳米棒团簇组成的星状薄膜,该薄膜的场增强因子明显增大。Ag/Zn O NR/Zn O TF/FTO器件的VSET分布和高低阻值的稳定性均有明显改善。
【关键词】：ZnO 阻变性能 溶胶凝胶法 掺杂 导电细丝
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333;TN304.21
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-37
• 1.1 引言11-13
• 1.2 阻变存储器概述13-26
• 1.2.1 阻变特性概述13-14
• 1.2.2 阻变材料体系14-18
• 1.2.3 阻变机制18-25
• 1.2.4 阻变存储器性能参数25-26
• 1.3 ZnO基阻变存储器的研究进展26-28
• 1.4 选题意义和研究内容28-30
• 参考文献30-37
• 第二章Ni掺杂ZnO薄膜的阻变性能研究37-55
• 2.1 实验方法38-42
• 2.1.1 原材料及设备38-39
• 2.1.2 衬底清洗39
• 2.1.3 配制NixZn1-xO溶胶39-40
• 2.1.4 NixZn1-xO薄膜制备流程40
• 2.1.5 制备顶电极40
• 2.1.6 样品表征40-42
• 2.2 电流-电压特性分析42-45
• 2.3 微观导电机制45-47
• 2.4 保持特性47-49
• 2.6 转换电压分布49-51
• 2.7 本章小结51-52
• 参考文献52-55
• 第三章Cu掺杂ZnO薄膜的阻变性能研究55-65
• 3.1 实验方法56
• 3.2 XRD分析56-57
• 3.3 电流-电压特性分析57-58
• 3.4 微观导电机制58-59
• 3.5 保持特性59-61
• 3.6 转换电压分布61-63
• 3.7 本章小结63-64
• 参考文献64-65
• 第四章ZnO基复合结构的阻变特性研究65-75
• 4.1 实验方法65-66
• 4.2 电流-电压特性分析66-69
• 4.3 微观机理69-70
• 4.4 保持特性分布70-72
• 4.5 本章小结72-73
• 参考文献73-75
• 第五章Cu及浓氨水共添加对ZnO水热膜的影响75-91
• 5.1 实验方法76
• 5.1.1 样品制备76
• 5.1.2 样品表征76
• 5.2 显微形貌76-81
• 5.3 晶相组成81-82
• 5.4 光致发光谱82-83
• 5.5 场发射特性83-84
• 5.6 I-V特性84-88
• 5.7 本章小结88-89
• 参考文献89-91
• 结论91-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 附件94

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本文编号：1014922