基于氧化锌薄膜的阻变极性研究

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1、学校代号10530学号201110061294分类号TN303密级公开硕士学位论文基于氧化锌薄膜的阻变极性研究学位申请人许定林指导教师唐明华教授学院名称材料与光电物理学院学科专业微电子学与固体电子学研究方向电子材料与器件二○一四年五月十日万方数据StudyonResistiveSwitchingPolarityofZnOThinFilmsCandidateDinglinXuSupervisorProfessorMinghuaTangCollegeFacultyofMaterials,Optoelectronicsa

2、ndPhysicsProgramMicroelectronicsandSolidStateElectronicsSpecializationElectronicMaterialsandDevicesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay10,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写

3、的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要依赖于高速度

4、、大容量、低功耗非挥发性存储器的信息技术正快速的发展。Flash存储是当前的主流，具有很高的容量，但速度慢并且逐渐接近尺寸可伸缩性的物理极限。为了未来信息存储的需要，新兴的非挥发性存储，如相变存储器(PRAM)、铁电存储器(FRAM)、磁变存储器(MRAM)及阻变存储器(RRAM)最近几年得到广泛的研究。在这些候选者中，阻变存储器具有出色的优点，如高响应速度、长保持性、多值存储和低功耗，以及更好的伸缩性和与传统的CMOS工艺相兼容；被认为是下一代非挥发性存储器的最佳候选者。许多的过渡金属氧化物，如ZnO、TiO2、

5、ZrO2、MnO2、和NiO等具有可重复的阻变特性，其中，氧化锌被广泛的探索，是因为其具有组份简单、清晰的转变特性、低的转变电压、较高的开关比值且通过不同的掺杂可调节其电学特性。本论文选择氧化锌阻变存储器为研究对象，利用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法来制备不同掺杂的ZnO薄膜器件，主要探索了不同的器件结构和测试条件对其阻变极性的影响，具体工作内容概括如下：1.采用不同的顶电极(PtorAg)，Metal/La-dopedZnO/Pt三明治结构被构造，单极性阻变行为和双极性阻变行为分别在Pt/La-dopedZnO/

6、Pt和Ag/La-dopedZnO/Pt结构器件中获得。比起不掺杂的氧化锌器件(Pt/ZnO/Pt和Ag/ZnO/Pt)，镧掺杂的器件具有良好的阻变均一性，如狭窄分布的阻变参数、更高的开关比、更好的保持性和急剧的转变特性。进一步地我们制备了Pt/La-dopedZnO/ZnOorSrTiO3/Pt结构器件，其中ZnO和SrTiO3作为缓冲层，并且发现不同的阻变行为依赖于不同的缓冲层。稳定的单极和双极阻变行为可分别在具有ZnO和SrTiO3缓冲层的结构器件中展现。相比Pt/ZnLaO/Pt结构器件，通过嵌入缓冲层，器

7、件展现出更加良好的阻变特性；2.单极和双极模式的共存现象也在钒掺杂的氧化锌器件中观察到，在第一次电压扫描的过程两种模式可分别在不同的限制电流下被激活，0.1mA的限制电流下器件展现出可重复的双极阻变行为，10mA的限制电流下呈现出单极阻变行为；两种阻变模式之间的转变是可逆的，值得注意的是在这样的转变中可实现三种逻辑状态；3.单极和双极模式的共存也在Pt/Zn0.99Zr0.01O/Pt结构器件中观察到，激活(Forming)过程之后，器件具有单极阻变行为，在Reset过程中若同向扫描测试器件呈现出单极阻变行为，若反

8、向测试时则为双极阻变行为；对于双极性阻变模式，通过施加不同的限制电流或者不同的扫描电压范围可在器件的低、高阻态分别实现可控的多态阻值，类似的4结果也在亚微米结构器件中被发现(200ns的脉冲测试下各个阻态分别可重复10次)。关键词：阻变存储器；单极性阻变；双极性阻变；限制电流；ZnOI万方数据ABSTRACTRapidadvancesininformatio