利用原子层沉积方法制备硅基MIS忆阻器件研究

摘要

忆阻器具有结构简单、纳米级尺寸、动态连续可变电阻、可逆性电阻开关特性以及与CMOS工艺相兼容等优势，成为了研制新一代非易失性阻变存储器的理想材料之一，基于TiO2忆阻器件是第一个作为固态忆阻器的物理模型，ZnO因首次研制出的阻变器件表现出可逆的单极性的开关特性、可缩小性、高电阻开关比、低Reset电流，而被选为很有潜质的忆阻材料。结合此两者材料的优点，利用原子层沉积技术制备阻变层薄膜材料 TiO2、ZnO，并对不同结构的忆阻器件进行电学测试。
　　利用虚拟仪器技术，基于LabVIEW编程软件编写的忆阻器测试程序，采用脉冲测试模式对忆阻器件进行耐久特性、数据保持性的性能测试；基于LabVIEW编程软件编写的Quantum Efficiency测试程序，用于硅基MOS结构电致发光器件的量子效率、功率效率的测试。
　　利用原子层沉积技术制备的硅基MIS结构忆阻器件，上电极是Cu，位于中间层的阻变层是ZnO、TiO2单层及复合结构氧化物薄膜，下电极是n型硅衬底，基于复合结构的忆阻器件表现出忆阻特性。因 TiO2、ZnO介电常数较大差异，调制了阻变层中的电场分布，氧空位在电场驱动下漂移，基于氧空位的导电细丝的形成和断裂，实现了器件的可逆性电阻转换，说明复合结构对单层结构的器件进行了优化作用。将阻变层氧化物薄膜进行400℃空气退火，基本没有改变忆阻现象，但薄膜质量提升，氧扩散进入薄膜，氧空位减少，导电率下降。向阻变层中加入缓冲层SiO2，器件操作电流降低，因此可通过控制SiO2厚度来改变操作电流。
　　在Si片上沉积的TiO2、ZnO阻变层薄膜，并进行850℃、1100℃氮气退火后制备的忆阻器件，氧在高温下发生解析，从薄膜中逸出，使阻变层薄膜中存有大量的氧空位，致使器件的电阻状态发生高低电阻的可逆性转换，表现出忆阻特性。并且基于O3为氧源制备的非晶TiO2经氮气退火后，高低电阻开关比大于10，电阻状态在200ms以内保持稳定。

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第一章 绪论

第一节 基于半导体技术的非挥发性存储器

第二节 阻变存储器的研究概况

第三节 忆阻器作为阻变存储器的研究意义

第四节 忆阻器的研究发展

第五节 氧化钛和氧化锌忆阻器件的研究进展

第六节 本论文的工作内容和研究意义

第二章 器件的制备和测试方法

第一节 引言

第二节 器件的制备工艺

第三节 器件的测试方法

第四节 本章小结

第三章 基于LabVIEW开发的测试程序

第一节 引言

第二节 基于LabVIEW开发的忆阻器件测试程序

第三节 基于LabVIEW开发的Quantum Efficiency测试程序

第四节 本章小结

第四章 原子层沉积硅基TiO2、ZnO薄膜忆阻器件的研究

第一节 引言

第二节 Cu/TiO2、ZnO(H2O)/n-Si忆阻器件研究

第三节 ZnO:Al/TiO2(O3)/SiO2/P+-Si/Al忆阻器件研究

第四节 Cu/TiO2、ZnO(O3)/n-Si忆阻器件研究

第五节 本章小结

第五章 总结和展望

第一节 论文总结

第二节 未来展望

参考文献

致谢

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