溶液法制備的ZnO基薄膜及其阻變存儲(chǔ)器的研究.pdf

1、隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的要求越來越高，特別是隨著可移動(dòng)智能設(shè)備、云計(jì)算機(jī)、云存儲(chǔ)和高清影音的出現(xiàn)。存儲(chǔ)器正朝著高速、大容量、高存儲(chǔ)密度、低功耗的方向發(fā)展，但是傳統(tǒng)的硅工藝存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)日趨其技術(shù)極限。同時(shí)，硅工藝也存在成本高、功耗大等問題。單純靠微縮技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)很難使硅基存儲(chǔ)器滿足未來存儲(chǔ)技術(shù)的要求。相變存儲(chǔ)器（PRAM）、鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM）、磁阻式存儲(chǔ)器(MRAM)和阻變存儲(chǔ)器(RRAM)等新型的存儲(chǔ)技術(shù)以其各

2、自的優(yōu)點(diǎn)，吸引了越來越多研究人員的興趣。其中阻變存儲(chǔ)器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作速度快、功耗低、與CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)成為最具潛力的下一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器之一。ZnO基薄膜具有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)性能，其良好的阻變特性也已經(jīng)被報(bào)道，但是基于ZnO基材料的阻變器件的制備方法、材料選擇和很多其他因素尚未得到系統(tǒng)的探討。因此本文從材料制備到器件性能測(cè)試，系統(tǒng)地研究ZnO基薄膜材料的阻變特性及器件應(yīng)用。
　　本文采用溶液法配制ZnO基材料溶液，探究穩(wěn)

3、定劑對(duì)溶液的穩(wěn)定性、成膜性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，過量的乙醇胺能提高溶液的穩(wěn)定性，同時(shí)也能提高溶液所制備薄膜的質(zhì)量。選用硝酸銀和檸檬酸鈉為反應(yīng)物生成檸檬酸銀，并以其作為銀源，1,2丙二胺為絡(luò)合劑，配制不同溶劑的銀墨水。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以甲醇和異丙醇混合液為溶劑的銀墨水，采用噴墨打印，在ZnO基薄膜上具有良好的成型和成膜性。
　　在ITO玻璃襯底上，以ZnO基薄膜作為阻變介質(zhì)層、銀薄膜作為電極組裝成金屬-絕緣體-金屬(metal-i

4、nsulator-metal，MIM)結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器，分析不同ZnO基材料阻變開關(guān)行為的微觀物理機(jī)制。通過測(cè)量器件的I-V特性曲線，研究了Ag/ZnO/ITO、Ag/GZO/ITO和Ag/IGZO/ITO器件的阻變開關(guān)特性，其阻變行為可歸因于阻變介質(zhì)層中的銀導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂。Ag/IZO/ITO器件則無穩(wěn)定的阻變開關(guān)現(xiàn)象。
　　通過比較具有不同厚度阻變介質(zhì)層的Ag/IGZO/ITO器件，研究阻變層厚度對(duì)器件性能的影響。結(jié)果表

5、明，隨著阻變層厚度的增加，器件的forming、‘set’和‘reset’都在增加，器件的電學(xué)參數(shù)波動(dòng)也增大。通過與基于重?fù)诫s硅襯底的Ag/IGZO/Si阻變器件對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在ITO玻璃襯底上的器件具有更好的阻變開關(guān)特性，器件高阻態(tài)的穩(wěn)定性更好。
　　單極性Ag/IGZO/ITO器件的可靠性測(cè)試表明，同一襯底上器件的初始阻值、低阻態(tài)阻值和高阻態(tài)阻值均在可接受的范圍區(qū)間內(nèi)分布。器件性能測(cè)試表明基于MIM結(jié)構(gòu)的Ag/IGZO/ITO阻變