金属-绝缘体-金属/半导体结构的电学性质研究

摘要

电子信息存储器在市场上占有越来越大的份额，越加显示其重要性，而金属-绝缘体-金属（MIM）和金属-氧化物-半导体（MOS）结构是电子信息存储器最常用的结构，本文主要通过以下几方面的研究来促进电子信息存储器的发展：研究原子力显微镜（AFM）在电子信息存储器研究中的应用；二维介电层在随机阻变存储器（RRAM）中的可靠性；金属-氧化物-半导体在原子力显微镜中零压下产生电流的原因。
　　本研究表明，环境舱可以有效控制AFM的测试环境，置换舱内气体、降低环境舱内相对湿度、提高AFM的分辨率，对导电原子力显微镜（CAFM）在电子信息技术方面的应用有积极作用。二维介电层的引入开启了RRAM的新篇章，其AFM的可靠性研究发现，二维氮化硼的电学稳定性高于氧化铪，击穿过程是逐层进行的，器件水平的研究表明基于氮化硼的RRAM能够稳定运行，上电极钛与硼相互作用，形成导电细丝。氮化硼RRAM制备方法简单并与CMOS工艺相容，利于大规模生产。在RRAM的研究过程中发现，CAFM测试MOS结构的样品时，零压下可以产生电流，许多研究者有同样的发现，但没有得到公认的解释。本文通过不同功能的CAFM以及对不同的样品进行大量数据研究发现，该电流为CAFM的激光产生的光电流。激光在探针悬臂处泄露使得部分激光照射到探针下方的样品上，电子存储器常用硅衬底，而硅是很好的吸光材料，产生自由电子-空穴对。这个现象可发生在任何可吸收光并具有内建电场的衬底上，因此在实验研究中要考虑这一方面。