溶液法制备氧化锡基阻变存储器及其特性研究

发布时间：2017-06-15 01:00

  本文关键词：溶液法制备氧化锡基阻变存储器及其特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着信息技术等领域的高速发展,当今时代的信息量正呈现出爆炸式的增长,由此,对信息存储技术的要求也就越来越高。超大容量、超高密度集成的信息存储以及更快速地信息读取,是本世纪信息存储技术发展的主要特点与研究方向。传统的硅基存储器已接近其物理和工艺极限,因此,近年来各种新型非挥发性存储器(Non-volatile Random Access Memory, NVRAM)便得到了迅速发展。其中,基于电阻变化而进行存储的阻变存储器(Resistive Random Access Memory, RRAM)具有存储密度高、功耗低、读写速度快、反复操作耐受力强、数据保持时间长、与CMOS工艺兼容等优点,成为这些新型存储器中最有应用前景的候选者之一。阻变存储器单元有着简单的“三明治”(metal-insulator-metal, MIM)结构,中间阻变活性材料的选择对器件性能起着至关重要的作用。二氧化锡(SnO2)作为宽禁带过渡金属氧化物,以其良好地稳定性、耐高温性等优点,可以作为RRAM阻变材料的重要研究方向。因此,本文着力研究SnO2基阻变存储器的制备和性能。本文中,首先制备出合适的锡溶胶。其次采用旋涂工艺在ITO衬底上制备了SnO2薄膜。经过一定条件下的退火工艺后得到氧化锡薄膜,并且对制备的薄膜进行了厚度测量以及X射线衍射分析。之后在SnO2薄膜上利用电子束蒸发仪镀电极,成功制备Al/SnO2/TTO RRAM器件,并对其进行电学测试及机理分析。最后通过改变不同的退火温度,改善了SnO2薄膜阻变存储器的性能并对阻变机理进行了分析。本论文的研究工作及结果如下：(1)SnO2薄膜的制备与表征用溶液法成功制备了Sn02薄膜。以无水乙醇作为溶剂、氯化亚锡结晶(SnCl2·2H2O)为前驱体制备了浓度为0.1 mol/mL稳定的锡溶胶。通过改变转速、外部气氛及退火温度得到一定厚度的SnO2阻变层薄膜。对成功制备的SnO2薄膜进行了表面及厚度表征。SnO2薄膜厚度约为140 nm左右,并且表面较为平整,X射线衍射分析表明：SnO2薄膜有着非常明显的(111)与(021)峰,验证了SnO2薄膜制备成功。(2)ShO2薄膜器件的阻变特性和机理分析在已经制备好的SnO2薄膜上,利用电子束蒸发蒸镀一层金属铝作为上电极。电学测试结果表明,5500 rpm转速得到的SnO2薄膜在500℃退火后,展现了一定的阻变特性。从I-V曲线可以看出,器件的置位电压为1.5 V,复位电压为-4.2V,在-1.0 V时器件的开关比大于50,耐久性测试表明器件的开关比在104s后仍保持不变。但是器件的重复特性不理想,在经过30次循环测试后,阻变特性逐渐消失。通过I-V曲线的双对数分析表明：器件在低阻态的I-V特性符合欧姆传导机制,在高阻态符合空间电荷限制电流的传导机制。这种阻变特性可以归因于Sn02薄膜内导电细丝的形成和湮灭。(3)SnO2薄膜器件阻变特性与退火温度的关系在退火温度对比实验中,分别对薄膜进行了450℃、550℃和650℃不同温度的退火。I-V测试结果表明,随着退火温度的升高,器件的阻变特性逐渐减弱,而器件的稳定性逐渐升高。经过对比,在550℃退火后的Sn02薄膜表现出更为稳定的阻变特性,置位电压约为1.3 V,复位电压约为-4.1 V左右,开关比大于102。耐久性测试表明器件有良好的稳定性,循环测试结果表明器件在经过100次循环后仍能有着102开关比。为了改善薄膜性能,对薄膜进行一定浓度的钛掺杂。I-V测试结果表明钛掺杂能够增加开关比,但是仍需要进一步研究。
【关键词】：SnO_2 阻变存储器 阻变机理 导电细丝
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 绪论13-39
• 1.1 引言13
• 1.2 传统的非易失性存储器13-15
• 1.3 新型非易失性存储器15-17
• 1.3.1 铁电存储器15
• 1.3.2 磁存储器15
• 1.3.3 相变存储器15-16
• 1.3.4 阻变存储器16-17
• 1.4 RRAM概述17-34
• 1.4.1 RRAM器件的研究进展17-18
• 1.4.2 RRAM的器件结构18-20
• 1.4.3 RRAM的制备20-23
• 1.4.4 RRAM的类型23-24
• 1.4.5 RRAM器件的阻变机理24-29
• 1.4.6 RRAM器件的性能指标29-30
• 1.4.7 氧化锡基阻变薄膜30-34
• 1.5 课题的选取34-36
• 参考文献36-39
• 第二章 实验设备与测试分析方法39-46
• 2.1 实验设备39-41
• 2.1.1 旋涂仪(Spin-coating)39-40
• 2.1.2 电子束蒸发40-41
• 2.2 测试分析设备及方法41-45
• 2.2.1 扫描电子显微镜(Scanning Electron Mircoscope,SEM)41-42
• 2.2.3 X射线衍射(X-Ray Diffraction XRD)42-43
• 2.2.4 I-V测试系统43-45
• 参考文献45-46
• 第三章 氧化锡薄膜的制备与测试分析46-59
• 3.1 实验流程46-50
• 3.1.1 氯化亚锡溶液的制备46-47
• 3.1.2 ITO衬底的清洗47
• 3.1.3 氧化锡薄膜阻变层的制备47-49
• 3.1.4 电极蒸镀49-50
• 3.2 对氧化锡薄膜阻变存储器特性的各项测试分析50-58
• 3.2.1 氧化锡薄膜的形貌分析与厚度分析50-52
• 3.2.2 氧化锡薄膜阻变特性的测试52-58
• 参考文献58-59
• 第四章 氧化锡薄膜阻变存储器的改善方法59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 改善旋涂后的退火工艺59-65
• 4.3 掺杂法改善氧化锡薄膜的阻变特性65-68
• 参考文献68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 5.1 论文工作总结69-70
• 5.2 未来工作的展望70-71
• 致谢71-72
• 附件72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 程开富,刘心莲;电子束蒸发技术[J];电子工业专用设备;1991年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘宝营;直流磁控溅射法制备氧化锡薄膜阻变存储器的研究[D];复旦大学;2012年

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本文编号：450963