錳酸鋅電致阻變薄膜及其p-n異質(zhì)結(jié)的制備與性能研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)、手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子設(shè)備的普及,非揮發(fā)性存儲(chǔ)器在斷電情況下繼續(xù)保存數(shù)據(jù),因此在信息存儲(chǔ)中扮演著越來(lái)越重要的角色。阻變存儲(chǔ)器(RRAM)具有存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、功耗低、信息保持穩(wěn)定、非揮發(fā)性、與CMOS工藝兼容,還可實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn),將有可能替代DRAM、SRAM和Flash成為未來(lái)有競(jìng)爭(zhēng)力的新一代通用存儲(chǔ)器。
　　采用溶膠-凝膠法(制備ZnMn2O4阻變薄膜)和磁控濺射法(制備上電極)制備了以TE

2、/ZnMn2O4/BE(TE:上電極,BE:下電極)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件。采用X射線衍射儀、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、吉時(shí)利2400 I-V特性測(cè)試儀等對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、形貌以及器件特性等進(jìn)行測(cè)試與分析。研究了阻變薄膜厚度和退火溫度、上/下電極材料、Cu和Fe摻雜對(duì)TE/ZnMn2O4/BE阻變存儲(chǔ)器件性能的影響。主要內(nèi)容和成果如下:
　　(1)膜厚和退火溫度對(duì)Ag/ZnMn2O4/p++-Si器件阻變特性均有明顯影響。器件電阻隨阻變層厚度增

3、加而減小,復(fù)位電壓隨厚度增加而增大,置位電壓與厚度不存在線性依賴關(guān)系,255nm膜厚器件具有最小的置位電壓和最優(yōu)的耐疲勞特性,255nm膜厚置、復(fù)位電壓集中分布在2.5~3V和-3~-4V。ZnMn2O4薄膜晶粒尺寸隨退火溫度升高而變大,Ag/ZnMn2O4/p++-Si結(jié)構(gòu)器件在高、低阻態(tài)下的電阻值隨退火溫度升高而增大,置、復(fù)位電壓隨退火溫度升高無(wú)明顯變化。
　　(2)上、下電極對(duì)TE/ZnMn2O4/BE結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電類型、機(jī)制和

4、阻變特性有明顯影響。TE/ZnMn2O4/p++-Si結(jié)構(gòu)器件都具有典型的雙極型導(dǎo)電類型,其導(dǎo)電機(jī)制高阻態(tài)下是 SCLC,低阻態(tài)下是 Filament。TE/ZnMn2O4/Pt阻變器件都具有典型的單極型導(dǎo)電類型。Ag/ZnMn2O4/p++-Si無(wú)疲勞開關(guān)循環(huán)達(dá)到1000次以上,具有最優(yōu)的耐疲勞特性。Ag/Cu/ZnMn2O4/Pt具有最小的置、復(fù)位電壓且分布集中,經(jīng)開關(guān)循環(huán)測(cè)試100,器件仍具有良好的阻變存儲(chǔ)特性。TE/ZnMn2O

5、4/n++-Si結(jié)構(gòu)器件無(wú)明顯阻變存儲(chǔ)特性。
　　(3)Cu、Fe的摻入對(duì)ZnMn2O4薄膜及其TE/ZnMn2O4/BE結(jié)構(gòu)器件結(jié)構(gòu)和性能的影響不同。Cu的摻入使Zn1-xCuxMn2O4薄膜晶粒較未摻雜時(shí)有明顯增大,其中摻雜量 x=0.10時(shí)晶粒尺寸最大,但 Cu的摻入使器件的阻變性能和疲勞特性均變差。Fe的摻入使 ZnMn2-yFeyO4薄膜晶粒較未摻雜的有明顯減小,且隨摻雜量的增大晶粒尺寸減小。摻雜量為y=0.10、0.2