BaTiO3-ZnO外延異質結的生長和電學性質.pdf

1、當今世界信息技術的快速發(fā)展是離不開非易失性存儲器件性能的不斷提高的。為了獲得性能更加優(yōu)異的存儲器，大量的研究者都在找尋常規(guī)存儲器的替代品。在研究中發(fā)現(xiàn)，許多氧化物材料中都存在著電阻開關的現(xiàn)象，大部分都具有能夠應用于非易失性阻變存儲器(ReRAM)中的潛能。其中傳統(tǒng)的非易失性存儲器的機制可以分為兩類，一類是離子機制，而另一類是電子機制，和離子機制相比較，電子機制的阻變效應占據(jù)著主要的位置。但是一般的電阻開關的電子機制都與器件的缺陷有關，然

2、而缺陷是不容易控制的，這也是傳統(tǒng)的阻變開關材料沒有實現(xiàn)廣泛商用的原因之一。鐵電/半導體異質結構在近年來是一個熱門的器件結構應用，它不僅擁有界面效應而且還具有可調節(jié)的光子帶隙，因此，此結構的設計和研究逐漸成為一個新的熱點。異質結中所包含的半導體材料的自發(fā)晶格偏振為鐵電狀態(tài)的變化提供了一個附加的自由度。在近幾年，鐵電/半導體異質結作為一種電阻開關器件已經被發(fā)現(xiàn)擁有巨大的開關比，其主要原因是它的勢壘高度和寬度是可以同時調節(jié)的。憶阻器可以由多種

3、材料以及多種的結構來構成，而一個典型的憶阻器是由類電容或平行的金屬-氧化物-金屬（MIM）結構組成的。BaTiO3是一種典型的鐵電材料，而ZnO是一種典型的半導體材料，它與BaTiO3的晶格失配是比較小的，小于2％，因此 BaTiO3/ZnO外延結構是可以實現(xiàn)的。在本文中，我們是采用脈沖激光沉積（PLD）系統(tǒng)來制備BaTiO3/ZnO外延異質結的。
　　在本文中我們先是分別利用四個不同取向（ACMR）的sapphire襯底制備了不

4、同取向的 ZnO外延薄膜，并進一步表征了它們的特性。然后我們探究了用脈沖激光沉積系統(tǒng)制備BaTiO3/ZnO外延異質結的條件，通過樣品的制備我們發(fā)現(xiàn)在極性面的ZnO薄膜上較為容易形成BaTiO3/ZnO外延異質結，而在非極性面的ZnO薄膜制備較為困難。我們通過濺射工藝在樣品上制備上、下電極以便進行電學測試，其結構為Au/BaTiO3/(Au)ZnO/Sapphire(ACMR)。之后利用Keithley2400對器件進行I-V掃描，發(fā)現(xiàn)

5、不同襯底上用相同條件制備的器件所表現(xiàn)的I-V特性是有所不同的，我們利用肖特基熱電子發(fā)射模型分別來擬合它們的IV曲線算取有效勢壘高度，勢壘高度的不同正是導致出現(xiàn)不同現(xiàn)象的原因所在。而且我們還發(fā)現(xiàn)在相同襯底上（A面sapphire）用不同激光能量制備的樣品的電壓-電流響應也是不同的，低激光能量條件下制備的樣品表現(xiàn)了雙極性的阻變現(xiàn)象而高能量條件下制備的樣品表現(xiàn)的則是整流現(xiàn)象。由樣品的 C-V測試及界面態(tài)理論，可得知我們樣品的界面屬于施主型界面