銅、鋅氧化物基阻變存儲(chǔ)器制備及性能研究.pdf

1、現(xiàn)代信息技術(shù)提升的主要瓶頸是存儲(chǔ)器容量及存儲(chǔ)速度，究其原因是Si基器件尺寸已基本達(dá)到理論極限。阻變存儲(chǔ)器其理論尺寸遠(yuǎn)低于Flash等主流存儲(chǔ)器，所以在下一代存儲(chǔ)器中極具發(fā)展?jié)摿?。本文利用射頻磁控濺射制備了Al/CuxO/Cu型、Al/ZnO/Cu型及Al/CuO/ZnO/Cu型三種阻變存儲(chǔ)器件。利用XRD、XPS、SEM、AFM等分析手段，確定了磁控濺射工藝參數(shù)對(duì)薄膜成分、結(jié)構(gòu)及表面粗糙度的影響。在不同磁控濺射參數(shù)下制備了一系列阻變存儲(chǔ)

2、器件，分析阻變現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理以及成分、晶粒大小、表面粗糙度等對(duì)阻變性能的影響。本文主要內(nèi)容包括：
　?。?）由于所有器件均使用Cu作為下電極，而且下電極薄膜的晶向和表面粗糙度等都會(huì)對(duì)阻變層的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，所以先優(yōu)化下電極薄膜?？梢岳肵RD檢測(cè)下電極薄膜中 Cu的結(jié)晶方向，并通過(guò) FWHM可以計(jì)算出晶粒大??；利用SEM測(cè)試樣品斷面，利用得到的背散射圖樣可以計(jì)算出生長(zhǎng)速率；利用原子力顯微鏡可以得到樣品的表面粗糙度。綜上考慮確定 Cu

3、下電極薄膜的較佳工藝參數(shù)為：濺射功率100W，濺射壓強(qiáng)1Pa，氬氣流量40sccm，濺射時(shí)間20min。
　?。?）利用射頻磁控濺射制備了Al/CuxO/Cu型阻變存儲(chǔ)器件，發(fā)現(xiàn)其雙極性阻變現(xiàn)象，且高低阻態(tài)比值超過(guò)1000，滿足阻變存儲(chǔ)器使用要求。確定了高阻態(tài)時(shí)阻變機(jī)理可以用SCLC理論解釋，低阻態(tài)時(shí)可以用導(dǎo)電細(xì)絲理論解釋。存儲(chǔ)器壽命超過(guò)1000次循環(huán)。CuxO薄膜成分從CuO向Cu2O轉(zhuǎn)變過(guò)程中，forming電壓不斷減小，SE

4、T電壓幾乎不變，成分達(dá)到Cu2O時(shí)可以近似認(rèn)為forming過(guò)程消失了。隨著晶粒變大，高低阻態(tài)電阻相應(yīng)的變大，這與導(dǎo)電細(xì)絲可能在晶界間形成有關(guān)。
　?。?）利用射頻磁控濺射制備了Al/ZnO/Cu型阻變存儲(chǔ)器件，其高低阻態(tài)阻值比超過(guò)100，滿足使用要求。存儲(chǔ)機(jī)理與Al/CuxO/Cu型阻變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)機(jī)理一致，但是穩(wěn)定性更高。晶粒變大，SET電壓和高低阻態(tài)阻值都會(huì)相應(yīng)的增加，而表面粗糙度對(duì)SET電壓和高低阻態(tài)阻值幾乎沒(méi)有影響。