NiO基透明同-異質(zhì)結(jié)的組建及其阻變特性研究.pdf

1、Ni O是一種典型的p型半導(dǎo)體,具有良好的光學(xué)及電學(xué)特性。Ni O同時是現(xiàn)在應(yīng)用于阻變存儲器RRAM研究比較熱門的材料。ZnO也是一種重要的第三代寬帶隙半導(dǎo)體光電材料,是制備藍紫光光電器件最有前景的材料之一,可與 Ni O構(gòu)成異質(zhì)結(jié)應(yīng)用于光電器件。
　　阻變存儲器作為新型非揮發(fā)存儲器的一種,因其結(jié)構(gòu)簡單,集成密度高,功耗低以及與傳統(tǒng) CMO S工藝兼容等優(yōu)越的特點,被認為是替代傳統(tǒng)非揮發(fā)性存儲器最具競爭力的候選對象。然而,RRAM

2、的阻變機制一直存在爭議。目前大部分的研究都集中在物理機制的探索上。
　　本文圍繞Ni O半導(dǎo)體材料展開一系列基礎(chǔ)研究,主要工作如下:
　　脈沖激光沉積(PLD)方法在石英襯底上不同氧壓下生長NiO薄膜,霍爾效應(yīng)及金半接觸I-V測量結(jié)果表明,氧壓的高低強烈影響著Ni O薄膜的導(dǎo)電類型。極低氧壓下,由于氧原子的解離,導(dǎo)致 Ni:O>1,Ni金屬原子富余,電子濃度高于空穴濃度,NiO薄膜導(dǎo)電類型由眾所周知的p型轉(zhuǎn)變?yōu)閚型。光學(xué)透射

3、譜測得p-Ni O薄膜的可見光區(qū)平均透過率分別為74％、81%,進一步證實了n-NiO薄膜中Ni金屬原子的富余,導(dǎo)致了透過率的降低。在調(diào)控氧壓制備出兩種導(dǎo)電類型NiO薄膜的基礎(chǔ)上,我們進一步在ITO襯底上制備了n-Ni O/p-Ni O同質(zhì)結(jié)。I-V測試表明該器件具有較好的整流特性,載流子輸運機理符合SCLC模型。可見光區(qū)平均透過率達72%,適合作為透明電子器件。
　　脈沖激光沉積方法在石英襯底上制備出了ZnO薄膜,并用單晶作為對

4、比?；魻枩y量得到的高的霍爾遷移率及 XRD圖譜證明我們制備的ZnO薄膜結(jié)晶良好,具有高度(002)擇優(yōu)取向。透射譜表明在可見光區(qū)透過率為71%。各種表征手段證明了PLD法制備的ZnO薄膜主要缺陷為Zn填隙( Zni),這為ZnO薄膜的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)研究。我們進一步制備了p-NiO/n-ZnO異質(zhì)結(jié)并進行了XRD、光學(xué)及電學(xué)測試。異質(zhì)結(jié)的平均透過率達到76%,展示了很好的透明性。電學(xué)測試顯示異質(zhì)結(jié)的開啟電壓Vth及擊穿電壓VB分別為1.5

5、 V和-7 V。當(dāng)反向偏壓在-2 V~-5 V時,反向飽和電流在10-5 A數(shù)量級。這些表明我們制備的異質(zhì)結(jié)具有優(yōu)異的整流特性。隨后進行了異質(zhì)結(jié)內(nèi)部載流子輸運機理的研究,發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)載流子輸運符合空間電荷限制電流理論。我們的工作為未來的透明電子器件的制備打下了一定的基礎(chǔ)。
　　采用脈沖激光沉積方法在商用IT O襯底上分別沉積了兩種導(dǎo)電類型的Ni O薄膜,并分別在其上沉積了可以形成肖特基勢壘的金屬電極,研究單肖特基勢壘的阻變特性。I-

6、V測試曲線表明W/p-NiO/ITO結(jié)構(gòu)和Pt/n-NiO/ITO結(jié)構(gòu)都具有單極電阻開關(guān)行為。通過分析,我們猜想其阻變機制是由界面勢壘和體內(nèi)細絲機制共同決定的。關(guān)于電流傳導(dǎo)機制,通過擬合各種曲線和公式,發(fā)現(xiàn)他們低阻態(tài)和高阻態(tài)弱電場下符合歐姆傳導(dǎo),高阻態(tài)強電場下符合P-F模型。我們進一步測試了n-Ni O/p-Ni O同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)阻變性質(zhì)。未擊穿前,有雙極阻變現(xiàn)象。正向擊穿后,發(fā)現(xiàn)了異常阻變現(xiàn)象。猜想可能是勢壘區(qū)對載流子的捕獲和去捕獲。而體