基于ZnO薄膜阻变存储器的构建及性能的研究

发布时间：2017-10-29 00:06

  本文关键词：基于ZnO薄膜阻变存储器的构建及性能的研究

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【摘要】：在当前数字化，科技化的信息时代，半导体存储器已经成为日常生活、办公中不可或缺的一部分。然而作为主流非挥发存储的闪存(Flash)，在半导体工艺特征尺寸不断缩小的趋势中暴露出越来越多的缺点。其自身结构以及储存机理的缺陷限制了闪存向高密度、高速度、低功耗方向的进一步发展。 作为新一代非挥发存储器之一的阻变存储器（RRAM），由于其操作速度快，工作电压低，结构简单和集成密度高等优势，成为下一代主流非挥发存储器的有力竞争者之一，而且其工艺与CMOS工艺兼容，功耗低，显示出了巨大的应用潜力，使其吸引了大量的关注和研究。 本文选取ZnO材料作为阻变层，制备了Cu/ZnO/Al结构的阻变单元。使用射频磁控溅射法制备所需阻变功能层，并使用X射线衍射（XRD），原子力显微镜（AFM）等对成膜状况、表面形貌等进行了分析，之后再使用半导体参数仪（SPA）对其阻变特性进行测试。 主要研究内容包括： 1、利用电子束蒸发系统沉积Cu、Al分别作为上下电极，使用磁控溅射法生长ZnO薄膜，，并就其生长工艺中的靶间距、氧分压、压强等对ZnO薄膜生长成膜的影响，以及对电学性能的改变进行讨论。从中优化出对于本结构的的最佳生长参数：靶间距6.5cm、氧分压40%、工作压强1Pa。 2、改变功能层ZnO厚度和ZnO单元尺寸大小，研究其电学性能变化。从功能层尺寸性能优化角度出发，为提高ZnO材料的阻变特性而做了相关工作，试图找到阻变单元三维变化对电学性能的影响的趋势，从中找到实用的规律。 3、在前两步基础上，制备出阻变性能良好的Cu/ZnO/Al阻变单元，Free-Forming并且将Reset电流控制在200μA~400μA，初步达到低功耗的目标，并对其导电机理进行分析。
【关键词】：阻变存储器 氧化锌 导电机理
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 新型 NVM 的发展11-12
• 1.2.1 铁电存储器11
• 1.2.2 相变存储器11
• 1.2.3 磁阻存储器11-12
• 1.2.4 阻变存储器12
• 1.3 阻变存储器导电机理12-15
• 1.3.1 阻变现象12-13
• 1.3.2 导电机理的分类13-14
• 1.3.3 Filament(细丝)理论14
• 1.3.4 空间电荷限制电流效应14
• 1.3.5 肖特基发射效应14-15
• 1.3.6 P- F 效应15
• 1.4 ZnO 阻变材料的发展15-17
• 1.4.1 ZnO 薄膜的结构和性能15-16
• 1.4.2 ZnO 阻变材料国内外研究现状16-17
• 1.5 本论文主要研究内容和意义17-19
• 第二章 实验制备与表征19-26
• 2.1 ZnO 薄膜的生长19-23
• 2.1.1 衬底准备20
• 2.1.2 电极制备20-22
• 2.1.3 粘附层 Ti 和功能层 ZnO 的制备22-23
• 2.2 薄膜测试设备23-26
• 2.2.1 膜厚测试23-24
• 2.2.2 表面形貌测试（AFM）24-25
• 2.2.3 电学特性测试25-26
• 第三章 光刻工艺26-34
• 3.1 光刻流程26
• 3.2 旋涂光刻胶26-27
• 3.3 曝光27-29
• 3.4 显影29-32
• 3.5 去胶32-34
• 第四章 ZnO 薄膜工艺参数对性能的影响34-48
• 4.1 靶间距对 ZnO 薄膜性能的影响34-36
• 4.2 氧分压对 ZnO 薄膜性能的影响36-41
• 4.2.1 氧分压对 ZnO 薄膜形貌的影响37-38
• 4.2.2 氧分压对薄膜阻变特性的影响38-41
• 4.3 压强对 ZnO 薄膜性能的影响41-44
• 4.3.1 不同压强下 ZnO 薄膜形貌的变化41-43
• 4.3.2 压强对制备薄膜阻变特性的影响43-44
• 4.4 衬底温度对氧化锌薄膜性能的影响44-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第五章 器件单元尺寸对 ZnO 阻变存储特性的影响48-57
• 5.1 阻变通道尺寸对阻变存储特性影响48-52
• 5.1.1 ZnO 尺寸的改变对 Vforming的影响48-50
• 5.1.2 ZnO 尺寸的改变对 Vset、Ireset的影响50-52
• 5.1.3 ZnO 尺寸的改变对高低阻态的影响52
• 5.2 阻变通道厚度对阻变存储特性的影响52-56
• 5.2.1 ZnO 厚度的改变对 Vforming的影响53-54
• 5.2.2 ZnO 厚度的改变对 Vset、Ireset的影响54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 ZnO 阻变结构的构造及研究57-70
• 6.1 对于 Cu/ZnO/Al 结构阻变特性的研究57-65
• 6.1.1 晶向测试57-58
• 6.1.2 阻变现象58-60
• 6.1.3 导电机理分析60-61
• 6.1.4 一致性的研究61-62
• 6.1.5 Stop Voltage 对阻值的影响62-65
• 6.2 薄膜掺杂的研究65-69
• 6.2.1 掺杂结构和制备工艺65-66
• 6.2.2 掺杂性能分析66-69
• 6.2.3 导电机理69
• 6.3 本章小结69-70
• 第七章 总结70-71
• 参考文献71-73
• 发表论文和科研情况说明73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 雷馨;;磁阻式随机存储器研究现状[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2010年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 毛启楠;基于ZnO薄膜电阻存储器的制备及性能研究[D];浙江大学;2011年

2 赵建伟;ZnO基薄膜及其阻变式存储器的研制[D];北京交通大学;2012年

本文编号：1110517