随科技发展,为解决传统无机阻变存储(RRAM)器件刚、硬的缺点以及常用有机柔性器件物理性能较差的问题,故引入柔性无机阻变存储器件。将RRAM薄膜沉积在柔性基底上,既保留无机半导体的高性能,又可获得良好的延展性。以常用金属氧化物材料为例,系统的探讨机械应力对柔性RRAM阻变特性的影响。ZnO具有电子迁移率高和透明性好等特点,使其成为最常用的金属氧化物RAMM材料之一。因此,本文选择采用ZnO作为主要阻变材料,通过调节制备参数和复合方式等研究弯折前后薄膜开关特性的变化,探究弯折对柔性无机薄膜阻变存储特性的影响。工作内容如下。首先,采用溶胶凝胶水热法制备ZnO纳米粒子,在PET基底上制备器件GaIn/ZnO/ITO。研究水热时间对ZnO纳米粒子薄膜阻变特性的影响,发现器件开关比呈降低趋势,而阈值电压先增大后减小。选水热200℃保温2h所得纳米粒子制成的薄膜样品进行后续弯折试验,改变弯折次数和弯折半径,发现弯折后薄膜阈值电压升高,开关比明显下降。弯折前后输运机制为SCLC,阻变机理为氧空位细丝的形成与断裂。同时通过Abaqus计算膜基结构所受应变,理论分析弯折半径的影响,发现ZnO层由于弹性模量较大而最先发生破坏,半径减小施加机械应力增大,薄膜内微裂纹萌生和积累,从而影响薄膜阻变特性。其次,选择典型P型氧化物NiO,将NiO与ZnO混合得到不同摩尔比的ZnO/NiO物理复合纳米粒子并研究其开关特性。薄膜内存在pn异质结,导致开关比相对于纯ZnO薄膜增大至103,发现随NiO含量增多,阈值电压升高,开关比下降,器件阻变机理转化为界面势垒与空为细丝型共同作用。改变弯折次数和弯折半径,发现纳米粒子薄膜阈值电压增大,开关比骤然降低,下降了两个数量级,原因为无机薄膜断裂一般发生在晶界,随后薄膜裂纹萌生和扩展,晶界势垒增大。最后,制备不同分层结构的NiO-ZnO纳米粒子薄膜,发现分层薄膜内不仅包含pn界面势垒,并且新增功能层与电极之间的界面势垒,其中NiO-ZnO-NiO分层薄膜平平均阈值电压和开关比最大,约为-3.7V和3644。测试弯折前后器件的阻变特性,发现弯折后薄膜的电学特性降低,但是没有改变薄膜的输运机制和阻变机理。并结合Abaqus计算,发现功能层厚度增加,使得膜基系统中性轴偏移,施加在功能层上的应力值减小。计算不同结构分层薄膜所受机械应力,NiO-ZnO-NiO结构中NiO层的引入使得ZnO和ITO层的机械失配应变减小,同时NiO作为覆盖层共同作用使得此膜基系统在相同半径下所受机械应力最小,故同等条件下机械弯折应力对其阻变特性的影响最小。利用第一性原理计算不同接触的p-n界面对薄膜器件阻变特性的影响,不同分层薄模型的费米能级均深入价带部分,表现为P型导电,各模型中的峰位置、高度以及数量也均发生了变化。由于接触的界面不同则界面的势垒发生变化,三种分层模型导电性大小为NiO-ZnO-NiO分层结构>ZnO-NiO分层结构>ZnO-NiO-ZnO分层结构,与实验数据相反,故在分层结构中界面型占主导地位。总之,弯折后所制备的锌基纳米粒子仍具有可重复电阻开关特性,但其开关比下降,阈值电压增大。本文研究对柔性无机纳米粒子阻变存储器有参考价值。