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《北京交通大学》 2012年
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ZnO基薄膜及其阻变式存储器的研制

赵建伟  
【摘要】:在众多的新型非挥发性存储器中,阻变式存储器(RRAM)因具有简单的结构、优秀的尺寸可缩小性、较小的编程电流、较低的功耗、较高的读写速度以及与传统的CMOS工艺兼容性好等优点,被认为是下一代非挥发性存储器的有利竞争者之一。本文围绕如何改善基于ZnO半导体材料的RRAM器件的阻变开关性能展开研究,主要内容如下: 1、用射频磁控溅射在石英衬底上沉积了ZnO薄膜,研究了不同的氧气流量对薄膜晶体结构和光学性能的影响,并在此基础上,研究了不同的ZnO沉积温度对Ag/ZnO/ITO结构RRAM器件性能的影响。结果表明,氧气流量为25SCCM、氩气流量为30SCCM、沉积温度为400℃时,器件具有较好的阻变性能,阻值开关比达到30倍,操作电压在2V以下,操作电流为200μA左右。 2、在硅衬底上用磁控溅射制备了Ag/ZnO/Zn/Pt结构RRAM器件。首次采用了在金属底电极和ZnO功能层之间沉积Zn缓冲层的方法,提高了ZnO薄膜的结晶质量。系统的研究了不同的ZnO沉积温度、不同的Zn缓冲层厚度以及不同的ZnO退火温度对器件阻变开关性能的影响。结果表明,20nm的Zn缓冲层厚度、400℃的衬底沉积温度和ZnO330℃退火条件下,器件的阻变开关性能较好,阻值开关比达到1×103,相应的阻值转变也较稳定。正向和负向的阂值电压非常集中,都保持在±1V之间。测得低阻态时电阻值不随Ag电极尺寸的变化而改变,因而器件的开关机理是由局域的导电细丝的形成和断裂导致的。 3、在硅衬底上制备了ZnO掺Ga薄膜的Ag/GZO/ZnO/Pt结构RRAM器件。与本征ZnO基Ag/ZnO/Zn/Pt器件相比,增大了器件的阻值开关比,提高了器件在高低阻态转换过程中的稳定性,说明有效地掺杂可以起到提高阻变存储器性能的作用。系统的研究了GZO薄膜的退火温度、ZnO缓冲层厚度和GZO沉积温度对器件性能的影响。结果表明,ZnO缓冲层厚度为15nm、GZO薄膜的退火温度为330℃、沉积温度为400℃时,器件的阻变开关性能较好,阻值天关比达到1×104,器件的开关阈值电压都保持在±1V之间,高低态阻值的转变也十分稳定。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O484.1

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