ZnO基薄膜及其阻變式存儲(chǔ)器的研制.pdf

1、在眾多的新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器中，阻變式存儲(chǔ)器(RRAM)因具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)秀的尺寸可縮小性、較小的編程電流、較低的功耗、較高的讀寫(xiě)速度以及與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的有利競(jìng)爭(zhēng)者之一。本文圍繞如何改善基于ZnO半導(dǎo)體材料的RRAM器件的阻變開(kāi)關(guān)性能展開(kāi)研究，主要內(nèi)容如下：
　　1、用射頻磁控濺射在石英襯底上沉積了ZnO薄膜，研究了不同的氧氣流量對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響，并在此基礎(chǔ)上，研究了

2、不同的ZnO沉積溫度對(duì)Ag/ZnO/ITO結(jié)構(gòu)RRAM器件性能的影響。結(jié)果表明，氧氣流量為25 SCCM、氬氣流量為30 SCCM、沉積溫度為400℃時(shí)，器件具有較好的阻變性能，阻值開(kāi)關(guān)比達(dá)到30倍，操作電壓在2 V以下，操作電流為200μA左右。
　　2、在硅襯底上用磁控濺射制備了Ag/ZnO/Zn/Pt結(jié)構(gòu)RRAM器件。首次采用了在金屬底電極和ZnO功能層之間沉積Zn緩沖層的方法，提高了ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。系統(tǒng)的研究了不同的

3、ZnO沉積溫度、不同的Zn緩沖層厚度以及不同的znO退火溫度對(duì)器件阻變開(kāi)關(guān)性能的影響。結(jié)果表明，20 nm的Zn緩沖層厚度、400℃的襯底沉積溫度和ZnO330℃退火條件下，器件的阻變開(kāi)關(guān)性能較好，阻值開(kāi)關(guān)比達(dá)到1×103，相應(yīng)的阻值轉(zhuǎn)變也較穩(wěn)定。正向和負(fù)向的閾值電壓非常集中，都保持在±1 V之間。測(cè)得低阻態(tài)時(shí)電阻值不隨Ag電極尺寸的變化而改變，因而器件的開(kāi)關(guān)機(jī)理是由局域的導(dǎo)電細(xì)絲的形成和斷裂導(dǎo)致的。
　　3、在硅襯底上制備了Zn

4、O摻Ga薄膜的Ag/GZO/ZnO/Pt結(jié)構(gòu)RRAM器件。與本征ZnO基Ag/ZnO/Zn/Pt器件相比，增大了器件的阻值開(kāi)關(guān)比，提高了器件在高低阻態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的穩(wěn)定性，說(shuō)明有效地?fù)诫s可以起到提高阻變存儲(chǔ)器性能的作用。系統(tǒng)的研究了GZO薄膜的退火溫度、ZnO緩沖層厚度和GZO沉積溫度對(duì)器件性能的影響。結(jié)果表明，ZnO緩沖層厚度為15nm、GZO薄膜的退火溫度為330℃、沉積溫度為400℃時(shí)，器件的阻變開(kāi)關(guān)性能較好，阻值開(kāi)關(guān)比達(dá)到1×10