水熱法合成TiO2薄膜及其憶阻特性的研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展，元器件的集成度越來(lái)越高，存儲(chǔ)器件尺寸越來(lái)越小。憶阻器具有尺寸小，存儲(chǔ)量大，存儲(chǔ)讀取快速和低能耗等優(yōu)勢(shì)，有望替代晶體管成為新型的存儲(chǔ)設(shè)備。TiO2薄膜的良好物理和化學(xué)穩(wěn)定性使其在憶阻器領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用潛力。本論文采用水熱法合成技術(shù)制備TiO2薄膜，并對(duì)薄膜的憶阻特性及其機(jī)理進(jìn)行研究。
　　本論文采用一種新型的氟基水溶液水熱法合成TiO2薄膜，通過(guò)引入溶膠凝膠法沉積的TiO2種子層提高水熱法生長(zhǎng)的薄膜的致密

2、度，探索了溶液組成、種子層、生長(zhǎng)溫度和時(shí)間對(duì)TiO2薄膜形貌、晶體結(jié)構(gòu)和憶阻特性的影響。通過(guò)對(duì)比研究水熱法生長(zhǎng)的TiO2薄膜和溶膠凝膠法沉積的TiO2薄膜的憶阻特性，研究了TiO2薄膜憶阻機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明，預(yù)熱可以提高溶液中前驅(qū)體物種TiF62-水解生成的TiFx(OH)4-x的飽和度，抑制了溶液對(duì)TiO2種子層的腐蝕;溶膠凝膠法沉積的單層TiO2種子層的厚度在20-30nm，生長(zhǎng)3h得到的TiO2薄膜厚度大約為100nm

3、，薄膜沿(004)高度取向;種子層為生長(zhǎng)提供晶核形成活化點(diǎn)，提高了薄膜致密度;F-對(duì)Ti的強(qiáng)鍵合作用在生長(zhǎng)過(guò)程中可以抑制前驅(qū)體物種的水解速度和降低(001)晶面的能量，水解速度慢有利于提高TiO2薄膜的結(jié)晶度，較低的(001)晶面能和鈦絡(luò)合物的選擇性脫水促進(jìn)了薄膜取向生長(zhǎng)。
　　薄膜的憶阻性能研究結(jié)果表明，低致密度TiO2薄膜憶阻器單元會(huì)產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，開(kāi)關(guān)比(VOFF/VON)減小;增加薄膜厚度會(huì)提高TiO2薄膜憶阻器單元的開(kāi)關(guān)電

4、壓(VON，VOFF)，能耗大;TiO2薄膜的取向結(jié)構(gòu)為憶阻器單元工作時(shí)電荷載體的擴(kuò)散提供通道，降低擴(kuò)散能，降低了薄膜的開(kāi)關(guān)電壓;只有低功函上電極的TiO2憶阻器才顯示出較好的憶阻開(kāi)關(guān)性能，采用高功函金屬上電極，憶阻器僅表現(xiàn)出半導(dǎo)體的肖特基整流特性，電荷載體擴(kuò)散應(yīng)為T(mén)iO2憶阻器的基本機(jī)制。
　　進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相似的薄膜厚度下，相比于溶膠-凝膠法制備的TiO2多晶薄膜，(001)取向TiO2薄膜憶阻器的開(kāi)關(guān)比高、開(kāi)關(guān)電壓低