利用原子层沉积方法制备硅基MIS忆阻器件研究-材料物理与化学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 2015 年 5 月 25 日 非公开学位论文标注说明 (本页表中填写内容须打印) 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 □限制(≤2 年) □秘密(≤10 年) □机密(≤20 年) 必威体育官网网址期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 南开大学学位评定委员会办公室盖章(有效) 注：限制★2 年(可少于 2 年);秘密★10 年(可少于 10 年);机密★20 年(可少于 20 年) 摘要 摘要 摘要 忆阻器具有结构简单、纳米级尺寸、动态连续可变电阻、可逆性电阻开关 特性以及与 CMOS 工艺相兼容等优势，成为了研制新一代非易失性阻变存储器 的理想材料之一，基于 TiO2 忆阻器件是第一个作为固态忆阻器的物理模型，ZnO 因首次研制出的阻变器件表现出可逆的单极性的开关特性、可缩小性、高电阻 开关比、低 Reset 电流，而被选为很有潜质的忆阻材料。结合此两者材料的优点， 利用原子层沉积技术制备阻变层薄膜材料 TiO2、ZnO，并对不同结构的忆阻器 件进行电学测试。 利用虚拟仪器技术，基于 LabVIEW 编程软件编写的忆阻器测试程序，采用 脉冲测试模式对忆阻器件进行耐久特性、数据保持性的性能测试；基于 LabVIEW 编程软件编写的 Quantum Efficiency 测试程序，用于硅基 MOS 结构电致发光器 件的量子效率、功率效率的测试。 利用原子层沉积技术制备的硅基 MIS 结构忆阻器件，上电极是 Cu，位于中 间层的阻变层是 ZnO、TiO2 单层及复合结构氧化物薄膜，下电极是 n 型硅衬底， 基于复合结构的忆阻器件表现出忆阻特性。因 TiO2、ZnO 介电常数较大差异， 调制了阻变层中的电场分布，氧空位在电场驱动下漂移，基于氧空位的导电细 丝的形成和断裂，实现了器件的可逆性电阻转换，说明复合结构对单层结构的 器件进行了优化作用。将阻变层氧化物薄膜进行 400°C 空气退火，基本没有改 变忆阻现象，但薄膜质量提升，氧扩散进入薄膜，氧空位减少，导电率下降。 向阻变层中加入缓冲层 SiO2，器件操作电流降低，因此可通过控制 SiO2 厚度来 改变操作电流。 在 Si 片上沉积的 TiO2、ZnO 阻变层薄膜，并进行 850°C 、1100°C 氮气退 火后制备的忆阻器件，氧在高温下发生解析，从薄膜中逸出，使阻变层薄膜中 存有大量的氧空位，致使器件的电阻状态发生高低电阻的可逆性转换，表现出 忆阻特性。并且基于 O3 为氧源制备的非晶 TiO2 经氮气退火后，高低电阻开关比 大于 10，电阻状态在 200ms 以内保持稳定。 关键词：忆阻器；氧化钛；氧化锌 I Abst Abstract Abstract Simple structure, nano-scale size, continuously variable resistance, reversible resistance switching characteristic, compatibility with CMOS technology and some other advantages have made memristive devices become one of ideal materials for next generation’s nonviable resistive random access memory devices. TiO2-based memristive device is the first physical example of a solid state memristive device. ZnO thin film is expected to be one of potential memristive materials, since ZnO- based memristive devices exhibit reversible unipolar resistance switching characteristic, scaling, high resista