氧化锌基薄膜的制备与电性能研究
由于信息时代的到来，信息存储技术受到了学术界广泛的关注。传统的存储器件具有一定的局限性，这就需要我们通过研究新型材料和开发新技术来提高存储器的稳定性和容量来适应时代发展的需要。由于阻变存储器(RRAM)具有制备工艺较为简单、信息存储密度高、能耗低、读写速率快等优点，受到学术界广泛关注和研究。氧化锌(ZnO)材料作为第三代半导体，具有很多优点，例如：成本低、禁带宽度宽、合成温度低、电学行为可控、良好的化学稳定性、生物相容性好等等。本课题是基于ZnO进行了一系列的掺杂，通过磁控溅射法和溶胶凝胶法制备了一系列ZnO基薄膜并且研究了不同制备工艺对其阻变等电学性能的影响。 (1)在掺氟氧化锡(FTO)衬底上通过磁控溅射法制备了ZnO掺Ca薄膜(CZO)，并且分别在300℃、500℃、600℃、700℃下进行退火，研究了Au/CZO/FTO器件的电学性能以及在不同退火温度下的阻变性能。通过对电流-电压测量结果的比较，退火温度为600℃的Au/CZO/FTO器件的阻变特性较好。当扫描电压为-0.5V时，高低阻态比(HRS/LRS)比可达两个数量级，可稳定重复扫描100次。陷阱控制的空间电荷限制电流(SCLC)传导和Au/CZO肖特基势垒的调制都是造成电阻开关行为的原因。此外我们还在p-Si衬底上制备了Au/CZO/p-Si器件，对其在不同强度的紫外光照射下的电学特性进行了研究。 (2)通过磁控溅射法在FTO衬底上先后镀上ZnO和Al2O3薄膜。根据镀膜顺序不同分为Z1(先镀Al2O3薄膜)和Z2(先镀ZnO薄膜)，该章节分别研究了Z1和Z2两种结构的阻变特性，并且给出了相应的阻变原理解释。通过对两种样品数据对比发现，Z1器件具有单向阻变特性，而Z2为双向阻变特性。在100次循环扫描测试后，两种结构的器件均未表现出明显的疲劳效应，开关比均能达到两个数量级，且在此过程中Z1器件的HRS/LRS比相对于Z2器件的HRS/LRS比更稳定。 (3)通过溶胶凝胶法在FTO衬底上制备了ZnO掺Mg薄膜，然后分别在400℃、500℃、600℃、700℃下对样品在空气气氛下进行退火，再对其分别进行电学性能测量，400℃退火的样品在施加电压超过1V时即容易发生击穿，所以我们只对500℃、600℃、700℃退火的样品进行了不同扫描电压的测试，得出最稳定的扫描电压，再对薄膜进行了多次循环测试。500℃、600℃、700℃退火的样品在扫描电压较低时发现了类似二极管的单向导电性，且500℃和600℃退火的样品开关比随着外加电压扫描次数的增加而逐渐减小，而700℃退火的样品开关比较为稳定。
氧化锌基薄膜;阻变效应;磁控溅射法;电学性能
广东工业大学
硕士
材料物理与化学
刘秋香
2021
中文
TB383
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）