氧化锌薄膜的阻变性能研究

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1、学校代号10530学号200810061052分类号TN333.5密级硕士学位论文氧化锌薄膜的阻变性能研究学位申请人曾正球指导教师唐明华教授学院名称材料与光电物理学院学科专业微电子学与固体电子学研究方向半导体物理与半导体器件物理二零一一年六月十日TheResistiveSwitchingBehaviorofZnOFilmsCandidateZhengqiuZengSupervisorProfessorMinghuaTangCollegeFacultyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProg

2、ramMicroelectronicsandSolidStateElectronicsSpecializationSemiconductorphysicsandsemiconductordevicephysicsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune10,2011湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作

3、品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要最终的非挥发性数据存储器应该具备的性能：高密

4、度、低成本、快速读取速度、低功耗、耐久性佳以及数据保持时间长。目前，基于硅的Flash存储器的高密度和低制造成本，使它成为当今最流行的非挥发性存储器。但保持性能低、读取速度慢、写操作电压高成为Flash的一个难点。此外，在不久将来尺寸问题也将成为Flash需要解决的一个重大难题。为了克服非挥发性存储器的这些问题，科学家们提出了一种新型存储-阻变存储器。通过外加电压，可以使得这种存储器件单元的电阻能够在高阻态与低阻态之间转换。随着对阻变存储器的深入研究，发现它不仅能解决尺寸缩小上的问题，并且RRAM的功耗非常小，同时在抗疲劳性能以及

5、数据存储上亦表现得更加优秀；并且对具有阻变性能材料的探讨变得越来越广泛，最早主要以Pr1-xCaxMnO3(PCMO)和钙钛矿材料为主，如今单元过渡性金属氧化物由于其结构简单以及易制备等特点，逐渐成为国内外各个科研小组的主体研究材料。本论文中主要是利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法来制备ZnO以及掺杂ZnO薄膜，以Pt/Ti/SiO2/Si和p-Si作为器件衬底。利用离子溅射法为薄膜样品镀制顶电极(顶电极材料：Pt和Ag)，最后成功完成了具有三明治结构(MIM)的阻变存储器件的制备。本文中，通过改变顶电极材料，可以使得ZnO薄膜器

6、件表现出了不同类型的阻变性能；通过对ZnO薄膜进行掺杂(Cu、V、La)的方法，发现不同掺杂的ZnO存储器件在高阻态下的漏电流有明显的区别，其中主要研究了掺La氧化锌(ZnLaO)薄膜的阻变性能，内容包括：I-V测试、可重复性、数据保持性、以及基于不同衬底的阻变机制的分析。考虑到限制电流对于单双极型阻变性能的影响，在不同大小限制电流作用下，发现随着限制电流的增加，需要更大的关闭电流才能使得ZnLaO薄膜器件的电阻从低阻切换到高阻态。最后还测试了不同薄膜厚度对阻变性能的影响。尽管阻变存储器拥有非常优异的存储性能，但其电阻转换效应的机

7、制尚无明确定论，这样严重影响了阻变存储器在实际当中的应用。本论文中试图通过在不同衬底上镀制ZnO薄膜，以及改变器件的顶电极材料，来了解电阻转换效应的机制来源。研究结果表明：如果器件处于高阻态下，漏电流机制是由空间电荷限制电流主导的，那么该器件的电阻转换机制可以用导电细丝理论来解释；如果高阻态下的漏电流是由肖特基发射主导的，那么电阻转换是一种界面效应。关键词：非挥发性存储器；阻变存储器；溶胶-凝胶法；掺杂ZnO；阻变机制IAbstractThefinalnon-volatiledatastorageshouldbeprovidedw

8、ithperformancesuchashigh-densityandlowcost,fastwriteandreadaccess,lowenergyoperation,andhighperformacewithrespecttoendurance