NiO基復(fù)合薄膜阻變行為的調(diào)控.pdf

1、隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得器件的存儲(chǔ)性能獲得巨大的飛躍?，F(xiàn)如今，S i基的閃存已經(jīng)展現(xiàn)了良好的性能。與此同時(shí)，人們對(duì)于高速、高密度、低功耗存儲(chǔ)器的持續(xù)需求，使得下一代的存儲(chǔ)的研發(fā)迫在眉睫，而阻變存儲(chǔ)器則被寄予厚望。
　　本文主要采用sol-gel方法在ITO襯底上制備了多晶的NiO、摻雜NiO和復(fù)合ZnO/NiO薄膜。采用真空熱蒸鍍方法制備了Al電極,研究了限制電流、摻雜元素、摻雜濃度和復(fù)合薄膜對(duì)阻變器件的影響，并探討了不

2、同阻變行為的導(dǎo)電機(jī)理和傳輸機(jī)制，為二元阻變氧化物的實(shí)際應(yīng)用提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和理論支持。論文研究結(jié)果如下：
　　（1）通過(guò)調(diào)控限制電流，在同一阻變器件 Al/NiO/ITO上發(fā)現(xiàn)了反常的URS、BRS、TRS三種共存阻變行為。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的擬合處理和XPS分析，提出了基于 AlOx-NiOx界面和ITO所組成的雙氧池結(jié)構(gòu)下的焦耳熱模型。最終，將URS和BRS的Reset過(guò)程都解釋為焦耳熱作用下的細(xì)絲破裂過(guò)程。而對(duì)這一反常行為的研究將有助

3、于加深人們對(duì)于阻變行為的認(rèn)識(shí)，同時(shí)通過(guò)合理的調(diào)控可以有效避免易失性阻變行為的出現(xiàn)。
　　（2）對(duì)于低濃度 Li摻雜條件下的研究發(fā)現(xiàn)了窗口較大，重復(fù)性能較好的非線性雙極阻變行為。通過(guò)XPS分析，發(fā)現(xiàn) Li摻雜能夠增加 NiO中氧空位的數(shù)目，結(jié)合雙氧池結(jié)構(gòu)，提出了基于界面和內(nèi)部缺陷共同調(diào)控下的電子躍遷機(jī)制。同時(shí)，這一非線性的阻變行為將有助于解決器件的潛行電流問(wèn)題。
　?。?）對(duì)于Mn:NiO阻變器件的 I-V數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，隨著M

4、n摻雜濃度的增加器件的透過(guò)率逐漸降低，同時(shí)隨著摻雜量的增加引入了較多的雜質(zhì)能級(jí)，使得NiO的禁帶寬度也逐漸降低。此外，在測(cè)試樣品時(shí)，隨著摻雜量的增加器件的初始電阻值也逐漸降低，窗口值逐漸變小，但摻雜后器件的Set和Reset操作電壓有所降低，有助于器件的功耗。
　　（4）對(duì)于 Al/n-ZnO/p-NiO/ITO復(fù)合薄膜阻變器件的研究發(fā)現(xiàn)了共存的線性和非線性的雙極阻變行為。結(jié)合I-V曲線和擬合曲線，在分析器件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上解釋了，線

5、性阻變主要受導(dǎo)電細(xì)絲模型的調(diào)控。非線性的阻變行為則是受 AlOx界面層和 NiO/ZnO所形成 p-n結(jié)的共同影響的結(jié)果，通過(guò)對(duì)于器件重復(fù)性能的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合器件的重復(fù)性能比Li摻雜NiO更加優(yōu)越。
　　通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在Al/NiO/ITO結(jié)構(gòu)中存在著多種阻變行為，通過(guò)調(diào)控限制電流可以獲得特定阻變行為。其次， Li摻雜能夠提高器件非線性雙極阻變的穩(wěn)定性和重復(fù)性。最后，采用ZnO/NiO復(fù)合薄膜的方法，得到了性能更加優(yōu)越的非