MOCVD法制备氧化铝薄膜及其阻变特性

发布时间：2017-10-05 10:04

  本文关键词：MOCVD法制备氧化铝薄膜及其阻变特性

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【摘要】：随着半导体及微电子技术的发展,集成电路器件尺寸越来越小,传统的储存器件性能已经逐渐达到了瓶颈,对于新型存储器的需要也越来越迫切。现在已经成熟的新型非易失性存储器主要分为以下四种：铁电存储器、磁阻存储器、相变存储器、阻变存储器。其中,阻变存储器是最近几年非易失性存储器研究的热点。阻变存储器是利用一些薄膜材料在不同条件的电激励下会产生不同的电阻状态的特性而制作的存储器件,具有尺寸小,功耗低,读写速度快,非易失性,与传统CMOS工艺兼容等优点。常见的金属氧化物忆阻材料主要为：TiO、TiO2、CuOx、ZrO2等。使用Al203作为阻变层目前并不常见。本论文采用MOCVD法制备氧化铝薄膜,探究了生长温度,氧气流量等参数对晶体质量的影响,并采用台阶仪、XPS、AFM、透射谱等方法对材料进行表征。然后利用Al203作为阻变层,制备了MIM结构忆阻器,并对Al203的阻变特性进行了探究。本论文的主要内容主要有：(1)采用MOCVD法制备Al203薄膜研究了MOCVD法制备氧化铝薄膜的实验方法。采用乙酰丙酮铝作为金属有机源,氧气作为氧化源,利用石英玻璃作为衬底,沉积了非晶及多晶两种Al203薄膜。并对非晶氧化铝薄膜进行了厚度、表面形貌及粗糙度、晶体中元素成分及比例、透射谱、电学性质等进一步表征。Al203厚度比较均匀,表面起伏较小,具有良好的可见光透过率。通过XPS表征中结果可以证明,沉积的薄膜为氧化铝材料。对薄膜进一步进行电学测量,所得Ⅳ-t的曲线表明沉积的氧化铝为N型半导体,存在一定的氧缺陷。(2)探究实验参数对晶体质量的影响实验中分别研究了源蒸发温度、衬底温度及氧气流量三个实验条件对薄膜晶体质量的影响。其中,保证源蒸发温度与乙酰丙酮铝的沸点一致,保证氧化铝薄膜的生长稳定进行。衬底温度对薄膜晶体质量有着至关重要的影响,当衬底温度低于600℃时,晶体原子没有足够能量形成晶体,因此得到的氧化铝均为非晶状态。当温度达到600℃时,得到的氧化铝薄膜为多晶状态。氧气流量主要决定晶格质量,氧气流量越低,反应越缓慢,晶格质量越高。(3)非晶及多晶氧化铝阻变特性及物理机制实验中分别采用非晶及多晶氧化铝作为阻变层,ITO作为下表面电极,Ag作为上表面电极,制备了MIM结构忆阻器件。并对器件的电学特性进行了表征。两种氧化铝器件都表现出典型的双极型忆阻特性。但是非晶氧化铝的电学特性比多晶氧化铝更加稳定。非晶氧化铝的开启电压也远远大于多晶氧化铝。最后通过在器件两端施加不同的电压,说明氧化铝的阻变现象的物理机制。最后我们采用导电细丝模型对氧化铝的忆阻特性进行了理论分析。
【关键词】：MOCVD 氧化铝薄膜 阻变特性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304.055;TP333
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-27
• 1.1 新型非易失性存储器11-15
• 1.1.1 铁电存储器11-13
• 1.1.2 磁阻存储器13
• 1.1.3 相变存储器13-14
• 1.1.4 阻变存储器14-15
• 1.2 阻变存储器的研究现状15-19
• 1.2.1 阻变存储器的研究发展15-17
• 1.2.2 阻变存储器的工作原理17-19
• 1.3 阻变存储器的材料体系19-21
• 1.3.1 钙钛矿氧化物19-20
• 1.3.2 金属氧化物20-21
• 1.3.3 固态电解质材料21
• 1.3.4 有机材料21
• 1.4 阻变存储器的物理机制21-25
• 1.4.1 导电细丝理论21-23
• 1.4.2 空间电荷限制电流效应23-24
• 1.4.3 肖特基发射效应24
• 1.4.4 普尔-法兰克效应24-25
• 1.5 本论文研究的主要内容25-27
• 2 氧化铝薄膜特性及制备方法27-34
• 2.1 氧化铝薄膜的性质及应用27-28
• 2.1.1 氧化铝薄膜性质27
• 2.1.2 氧化铝薄膜的应用27-28
• 2.2 氧化铝薄膜制备技术28-30
• 2.2.1 溶胶-凝胶法28-29
• 2.2.2 磁控溅射法29
• 2.2.3 电子束蒸发法29
• 2.2.4 化学气相沉积法29-30
• 2.3 氧化铝薄膜的表征30-33
• 2.3.1 台阶仪30
• 2.3.2 X射线衍射30-31
• 2.3.3 X射线光电子能谱31
• 2.3.4 原子力显微镜31-32
• 2.3.5 可见光透射谱32
• 2.3.6 半导体参数分析仪32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 MOCVD法制备氧化铝薄膜及表征34-46
• 3.1 MOCVD实验设备34-36
• 3.1.1 气体控制系统34-35
• 3.1.2 材料反应腔35-36
• 3.1.3 温度控制系统36
• 3.2 氧化铝薄膜的制备36-37
• 3.3 生长参数对薄膜的影响37-41
• 3.3.1 蒸发温度对晶体质量的影响37-38
• 3.3.2 生长温度对晶体质量的影响38-39
• 3.3.3 氧气流量对晶体质量的影响39-41
• 3.4 氧化铝薄膜的表征41-44
• 3.4.1 台阶仪41-42
• 3.4.2 原子力显微镜42
• 3.4.3 X射线光电子能谱42-43
• 3.4.4 透射谱43-44
• 3.4.5 电学表征44
• 3.5 本章小结44-46
• 4 氧化铝薄膜的忆阻特性46-55
• 4.1 氧化铝忆阻器的制备46-47
• 4.1.1 电极选择46
• 4.1.2 器件制备46-47
• 4.2 氧化铝的忆阻特性47-53
• 4.2.1 非晶氧化铝的忆阻特性48-51
• 4.2.2 多晶氧化铝的忆阻特性51-52
• 4.2.3 非晶及多晶氧化铝忆阻特性的对比52-53
• 4.3 氧化铝阻变理论分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

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1 朱玮;新型阻变材料制备工艺及其阻变机理研究[D];复旦大学;2012年

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本文编号：976161