HfAlO x /γ-Fe 2 O 3 /HfAlO x 纳米堆栈结构的电阻开关特性
发布时间：2021-07-18 10:55
本文用磁控溅射和旋涂法成功制备了HfAlOx/γ-Fe2O3/HfAlOx堆栈结构,该堆栈结构具有典型的双极性电阻开关特性:在-1V读取电压下可获得高达90的高/低电阻态阻值比,该比值可稳定维持近50个循环周期,远优于相同条件下制备的γ-Fe2O3纳米微粒薄膜.线性拟合电流-电压对数曲线结果表明,低电阻态时,样品漏电流特性满足欧姆隧穿机制;高电阻态时,低电场下的漏电流以缺陷主导的空间电荷限制隧穿电流为主,高电场下为串联内置电阻的欧姆隧穿电流;该堆栈结构的电阻开关特性是"体导电细丝通道"和"电场作用下界面势垒改变"共同作用的结果.
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2015,45(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
(网络版彩图)HfAlOx/-Fe2O3/HfAlOx堆栈结构的结构
郑烨等.中国科学:物理学力学天文学2015年第45卷第3期037002-4分析仪测量了HFH堆栈结构的电容和介电损耗随测试频率的变化曲线.利用公式=Cd/0A(其中0为真空介电常数,d为薄膜厚度,C为测量电容值,A为电极面积)换算得出HFH堆栈结构相对介电常数随频率的变化曲线(图3).在(0.1–5MHz)的频率范围内,样品的介电损耗<0.1,且相对介电常数随频率变化较小,1MHz测试频率下样品的相对介电常数约为22,该介电常数略高于单纯的-Fe2O3纳米微粒薄膜的介电常数(~18),充分证明采用HFH堆栈结构可有效地提高-Fe2O3纳米微粒薄膜的介电性能.3.3HFH样品的电流-电压特性曲线表征为了对比研究插入HfAlOx薄膜层前后-Fe2O3纳米微粒薄膜的电流-电压(I-V)特性,在相同制备条件下分别制备了200nm厚的HfAlOx和300nm厚的-Fe2O3纳米微粒薄膜样品为参比样品.所有样品的MIM电容器结构先在2V的栅电压下进行预击穿处理,然后测量其在循环电压(0→2→0→2→0V)扫描下的I-V曲线,所得实验曲线均采用对数纵坐标表示如图4.由图4(a)可知,200nm厚的HfAlOx薄膜显示出较好的绝缘性能,在±2V栅电压范围内循环电压扫描所得的I-V曲线彼此完全重合,这表明本文实验制备的HfAlOx薄膜并不具有电阻开关特性.300nm厚的-Fe2O3纳米微粒薄膜在循环电压扫描下I-V曲线虽然呈现出高低两个电阻态(图4(b)),但是高低电阻态阻值相差不大.可能的原因是旋涂法制备的-Fe2O3纳米微粒薄膜致密度,均匀性和表面平整度图3(网络版彩图)HfAlOx/-Fe2O3/HfAlOx堆栈结构的相对介电常数和介电损耗随频率变化的曲线Figure3(Coloronline)Frequency-dependenceofdielectricconstantanddielectriclossfortheHfAlOx/-Fe
郑烨等.中国科学:物理学力学天文学2015年第45卷第3期037002-5图4(网络版彩图)200nm厚的HfAlOx薄膜(a),300nm厚的-Fe2O3纳米微粒薄膜(b)和100nmHfAlOx/300nm-Fe2O3/100nmHfAlOx堆栈结构(c)的电流-电压曲线图Figure4(Coloronline)Typicalcurrent-voltagecurvesof(a)the200nm-thickHfAlOxfilm,(b)the300nm-thick-Fe2O3nano-particlefilmand(c)the100nmHfAlOx/300nm-Fe2O3/100nmHfAlOxstackedstructuresample.图5(网络版彩图)HFH样品在1V读取电压下提取的高/低电阻态阻值(RH/RL)(a)和置/复位(Vset/Vreset)电压随循环电压扫描次数的变化关系图(b)Figure5(Coloronline)Variationin(a)theextractedRHandRLatthereadingvoltageof1Vand(b)theswitchingvoltage(VsetandVreset)oftheHFHsampleasafunctionofthecyclenumbers.I-V曲线都满足线性关系,如图6所示.利用指数定律拟合实验数据结果表明,LRS时的I-V曲线的指数约为1.19,基本符合欧姆接触隧穿机制(IV);而在HRS时,低电场下I-V曲线指数为2.02,符合child’s平方定律(IV2),漏电流以缺陷主导的空间电荷限制电流为主;而高电场下I-V曲线指数减小到0.82,略小于欧姆接触隧穿机制指数1,且此时样品的等效电阻远大于LRS的电阻值.可能的原因如下:大于0.1V的栅电压使得HFH样品中的-Fe2O3微粒薄膜处于软击穿状态,但上下HfAlOx薄膜层依然保持较好的绝缘性,因此样品的漏电流为串联内电阻的欧姆接触隧穿电流.3.6HFH样品电阻开关物理机制探讨迄今为止,氧化物薄膜MIM结构电阻开关的物理机制主要分为导电细丝通道(FilamentaryConduc-tivePath)[23]和界面型导电通道(Interface-typePath)[24]两大类.图
【参考文献】：
期刊论文
[1]HfOx缓冲层对γ-Fe2O3纳米微粒膜电阻开关特性的影响[J]. 刘志江,张守英,霍进迁,李建,邱晓燕. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[2]下电极对ZnO薄膜电阻开关特性的影响[J]. 李红霞,陈雪平,陈琪,毛启楠,席俊华,季振国. 物理学报. 2013(07)
[3]氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究[J]. 韦晓莹,胡明,张楷亮,王芳,刘凯. 物理学报. 2013(04)
本文编号：3289436
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2015,45(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
(网络版彩图)HfAlOx/-Fe2O3/HfAlOx堆栈结构的结构
郑烨等.中国科学:物理学力学天文学2015年第45卷第3期037002-4分析仪测量了HFH堆栈结构的电容和介电损耗随测试频率的变化曲线.利用公式=Cd/0A(其中0为真空介电常数,d为薄膜厚度,C为测量电容值,A为电极面积)换算得出HFH堆栈结构相对介电常数随频率的变化曲线(图3).在(0.1–5MHz)的频率范围内,样品的介电损耗<0.1,且相对介电常数随频率变化较小,1MHz测试频率下样品的相对介电常数约为22,该介电常数略高于单纯的-Fe2O3纳米微粒薄膜的介电常数(~18),充分证明采用HFH堆栈结构可有效地提高-Fe2O3纳米微粒薄膜的介电性能.3.3HFH样品的电流-电压特性曲线表征为了对比研究插入HfAlOx薄膜层前后-Fe2O3纳米微粒薄膜的电流-电压(I-V)特性,在相同制备条件下分别制备了200nm厚的HfAlOx和300nm厚的-Fe2O3纳米微粒薄膜样品为参比样品.所有样品的MIM电容器结构先在2V的栅电压下进行预击穿处理,然后测量其在循环电压(0→2→0→2→0V)扫描下的I-V曲线,所得实验曲线均采用对数纵坐标表示如图4.由图4(a)可知,200nm厚的HfAlOx薄膜显示出较好的绝缘性能,在±2V栅电压范围内循环电压扫描所得的I-V曲线彼此完全重合,这表明本文实验制备的HfAlOx薄膜并不具有电阻开关特性.300nm厚的-Fe2O3纳米微粒薄膜在循环电压扫描下I-V曲线虽然呈现出高低两个电阻态(图4(b)),但是高低电阻态阻值相差不大.可能的原因是旋涂法制备的-Fe2O3纳米微粒薄膜致密度,均匀性和表面平整度图3(网络版彩图)HfAlOx/-Fe2O3/HfAlOx堆栈结构的相对介电常数和介电损耗随频率变化的曲线Figure3(Coloronline)Frequency-dependenceofdielectricconstantanddielectriclossfortheHfAlOx/-Fe
郑烨等.中国科学:物理学力学天文学2015年第45卷第3期037002-5图4(网络版彩图)200nm厚的HfAlOx薄膜(a),300nm厚的-Fe2O3纳米微粒薄膜(b)和100nmHfAlOx/300nm-Fe2O3/100nmHfAlOx堆栈结构(c)的电流-电压曲线图Figure4(Coloronline)Typicalcurrent-voltagecurvesof(a)the200nm-thickHfAlOxfilm,(b)the300nm-thick-Fe2O3nano-particlefilmand(c)the100nmHfAlOx/300nm-Fe2O3/100nmHfAlOxstackedstructuresample.图5(网络版彩图)HFH样品在1V读取电压下提取的高/低电阻态阻值(RH/RL)(a)和置/复位(Vset/Vreset)电压随循环电压扫描次数的变化关系图(b)Figure5(Coloronline)Variationin(a)theextractedRHandRLatthereadingvoltageof1Vand(b)theswitchingvoltage(VsetandVreset)oftheHFHsampleasafunctionofthecyclenumbers.I-V曲线都满足线性关系,如图6所示.利用指数定律拟合实验数据结果表明,LRS时的I-V曲线的指数约为1.19,基本符合欧姆接触隧穿机制(IV);而在HRS时,低电场下I-V曲线指数为2.02,符合child’s平方定律(IV2),漏电流以缺陷主导的空间电荷限制电流为主;而高电场下I-V曲线指数减小到0.82,略小于欧姆接触隧穿机制指数1,且此时样品的等效电阻远大于LRS的电阻值.可能的原因如下:大于0.1V的栅电压使得HFH样品中的-Fe2O3微粒薄膜处于软击穿状态,但上下HfAlOx薄膜层依然保持较好的绝缘性,因此样品的漏电流为串联内电阻的欧姆接触隧穿电流.3.6HFH样品电阻开关物理机制探讨迄今为止,氧化物薄膜MIM结构电阻开关的物理机制主要分为导电细丝通道(FilamentaryConduc-tivePath)[23]和界面型导电通道(Interface-typePath)[24]两大类.图
【参考文献】：
期刊论文
[1]HfOx缓冲层对γ-Fe2O3纳米微粒膜电阻开关特性的影响[J]. 刘志江,张守英,霍进迁,李建,邱晓燕. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[2]下电极对ZnO薄膜电阻开关特性的影响[J]. 李红霞,陈雪平,陈琪,毛启楠,席俊华,季振国. 物理学报. 2013(07)
[3]氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究[J]. 韦晓莹,胡明,张楷亮,王芳,刘凯. 物理学报. 2013(04)
本文编号：3289436
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