銅摻雜氧化鋅薄膜的阻變特性和光致發(fā)光研究.pdf

1、2000年，美國休斯頓大學的科學家S. Q. Liu等人發(fā)現(xiàn)電脈沖觸發(fā)可逆電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)，他們并提出RRAM(resistance random access memory)概念，同時發(fā)現(xiàn)RRAM還具有高響應(yīng)速度、尺寸伸縮性強、多位存儲、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。從此，RRAM的研究已成為材料學物理學、電子器件的領(lǐng)域研究熱點。人們在機理研究、材料探索、以及器件研制等方面都取得了長足進展。RRAM可能成為通用存儲器，但是性能指標有待進一步優(yōu)化。由于R

2、RAM是一種全新的存儲技術(shù)，目前，電阻開關(guān)效應(yīng)真正的機制存在爭議，由于機制的不明確束縛了阻變存儲器的在應(yīng)用中的步伐。電阻轉(zhuǎn)變過程中元素的變化、部位的確認以及電阻轉(zhuǎn)變的重復性問題,是當前RRAM研究所面臨的緊要問題；同時，尋找性能、制備都滿足要求的材料仍是RRAM發(fā)展的關(guān)鍵。
　　 作為候選電阻式隨機存取存儲器的材料主要有:具有簡單結(jié)構(gòu)的二元氧化物、具有復雜成分的鈣鈦礦型的多元氧化物、有機化合物。其中最具潛力的當屬二元過渡金屬氧化

3、物半導體材料，研究的熱點主要有:二氧化鈦、氧化鋅、氧化鎳、二氧化鋯、氧化銅、氧化鈰等。它的存儲單元具有簡單的類似電容的三明治結(jié)構(gòu)，由兩邊的金屬電極和中間的絕緣或半導體材料構(gòu)成。這種電阻開關(guān)現(xiàn)象表現(xiàn)出了極為迅速的開關(guān)速度和巨大的開關(guān)比,具有重大的科學研究價值與意義和廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。
　　 氧化鋅（ZnO）是直接帶隙寬禁帶化合物半導體材料，其禁帶寬度為3.37 eV，在室溫下?lián)碛?0 meV的激子束縛能,具有高的熱穩(wěn)定性和卓越的

4、光學性質(zhì)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，過渡金屬摻雜的ZnO可減小本征載流子濃度并產(chǎn)生深能級，例如 Mn摻雜ZnO,在室溫下高阻態(tài)阻值變大，從而有助于增大RRAM器件的開關(guān)比。ZnO中進行Cu摻雜不僅可用于調(diào)控薄膜電阻，并使其呈現(xiàn)p型導電，ZnO:Cu還是典型的室溫稀磁性半導體，作為多功能材料在應(yīng)用方面很有前景。據(jù)我們所知，目前尚無ZnO:Cu阻變活性材料的報道。因此，本文選用ZnO:Cu薄膜作為阻變材料。
　　 1. 本文采用純度為99.9

5、9％的ZnO、純度為99.9％的CuO和18.2 MΩ的去離子水與聚乙烯醇配置的稀粘合劑溶劑作為原料制作ZnO:CuO陶瓷靶材。根據(jù)ZnO、CuO混合摩爾比分別為1 ：99，5 ：95，9 ：91，用天平稱取一定量的ZnO、CuO粉末，經(jīng)過多個步驟，這樣我制備了ZnO、CuO摩爾比為1:99,5:97,9:91的ZnO：Cu陶瓷靶材。
　　 2. 采用脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)在Si、石英，鉑金襯底上沉積ZnO及ZnO：Cu薄膜

6、，并利用X射線衍射（XRD)、光致發(fā)光(PL)、拉曼譜、X射線光電子能譜（簡稱XPS）、原子力顯微鏡(AFM)等表征手段對制備出的樣品進行表征。結(jié)果表明采用激光技術(shù)制備出ZnO:Cu薄膜結(jié)晶較好。為以后基于ZnO及ZnO:Cu的器件的制備和應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
　　 3. 利用脈沖激光技術(shù)利用脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)在FTO導電玻璃和鉑金襯底上成功制備了ZnO：Cu薄膜，利用Keithley2400對Au/ZnO：Cu/FTO和A