幾種鎳基復(fù)合納米粒子薄膜阻變特性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)存儲(chǔ)器件已不能滿足人們的需求。阻變式存儲(chǔ)器以其功耗低、高存儲(chǔ)以及制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛研究。多種阻變材料中，NiO不僅具有良好的電阻開(kāi)關(guān)特性，而且存儲(chǔ)速度較快及組分簡(jiǎn)單、易于制備且與CMOS工藝兼容等等優(yōu)點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化NiO薄膜制備參數(shù)以及對(duì)其進(jìn)行摻雜等措施可使其閾值電壓降低，而開(kāi)關(guān)比不能顯著提高。本文以NiO為主要材料，通過(guò)溶膠凝膠-低溫水浴法制備了鎳鈦及鎳錫復(fù)合納米粒子薄膜，研究其阻變特性，主要內(nèi)容如下。

2、
　　首先，采用溶膠凝膠法制備TiO2及NiO-TiO2復(fù)合薄膜，并對(duì)其進(jìn)行La和Ce等元素?fù)诫s，隨后選取最佳溶膠，通過(guò)低溫水浴生長(zhǎng)納米粒子，選取大小均勻的納米粒子溶液旋涂成膜研究其結(jié)構(gòu)及阻變特性。研究發(fā)現(xiàn)TiO2薄膜無(wú)阻變特性，其導(dǎo)電機(jī)制為空間電荷限制電流和熱發(fā)射機(jī)制共同作用，然而強(qiáng)酸溶液生長(zhǎng)的金紅石相TiO2納米粒子，其薄膜具有阻變特性，PH=6或9生長(zhǎng)的銳鈦礦狀TiO2薄膜并不具有阻變特性且PH=9時(shí)導(dǎo)電性較強(qiáng)，電阻率約為1

3、×103Ω.cm，推測(cè)金紅石相TiO2納米粒子缺陷較多，其阻變機(jī)理可以解釋為缺陷俘獲;隨Ni/Ti比例增大，導(dǎo)電性逐漸增強(qiáng)且Ni/Ti為7∶1時(shí)，NiO-TiO2復(fù)合薄膜阻變特性最好:7％ La-7％ Ce共摻雜后薄膜閾值電壓降至1.0 V左右，而其開(kāi)關(guān)比并無(wú)明顯增大，然而阻變機(jī)理并未由于La，Ce等元素的摻雜而改變。
　　其次，通過(guò)溶膠凝膠-水浴法制備NiO-SnO2復(fù)合薄膜及納米粒子薄膜，并對(duì)其進(jìn)行Eu和Ru摻雜，研究阻變特性

4、。研究表明，當(dāng)Eu為7％時(shí)閾值電壓較小，且其低阻態(tài)導(dǎo)電為歐姆傳導(dǎo)而高組態(tài)導(dǎo)電機(jī)制為SCLC和RS共同作用;PH=10制備的NiO-SnO2納米粒子較大，粒徑約70 nm，其薄膜具有明顯的阻變特性，而開(kāi)關(guān)重復(fù)及穩(wěn)定性可通過(guò)包埋高分子聚合物而顯著提高;薄膜高阻態(tài)荷電輸運(yùn)符合空間電荷限制導(dǎo)電，而低阻態(tài)為歐姆特性，阻變機(jī)理可用載流子俘獲及釋放模型解釋。第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)NiO中氧空位濃度越大，其電子態(tài)密度越低，能量越低，因此實(shí)驗(yàn)所制備的NiO含

5、有較多氧空位，因而其阻變特性與氧空位濃度有關(guān)。而由NiO的局域態(tài)密度顯示，費(fèi)米面處的能級(jí)主要由Ni3p、Ni3d和O2s軌道作用所致，而對(duì)其進(jìn)行SnO2和TiO2復(fù)合后，O2s軌道對(duì)其費(fèi)米面處能級(jí)影響較小，此時(shí)主要受O2p軌道作用，從而可推斷SnO2和TiO2的復(fù)合增大了薄膜內(nèi)氧缺陷濃度。
　　總之，所制備的鎳基復(fù)合納米粒子薄膜均具有可重復(fù)阻變特性，其高阻態(tài)導(dǎo)電機(jī)制為SCLC和RS共同作用，而TiO2以及SnO2的復(fù)合引起NiO費(fèi)