NiOx薄膜的制备及电阻开关性能研究

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随着便携式个人设备的逐渐普及,非挥发性存储器在半导体行业中发挥的作用越来越大。阻变存储器(RRAM)因结构简单,存储密度高,生产成本低,与传统CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺兼容性好等优势而受到广泛的关注,有望成为下一代通用存储器。要使阻变存储器得以应用,对薄膜的微细加工技术进行研究具有重要的意义。本文以NiOx薄膜为研究对象,基于光化学配位理论,合成含镍配位化合物的溶胶。通过浸渍提拉法制备感光性NiOx凝胶膜,利用其感光特性对NiOx凝胶膜进行微细加工,并在此基础上研究了NiOx薄膜的电阻开关特性。  首先,以醋酸镍为原料,乙二醇甲醚为溶剂,苯酰丙酮为化学修饰剂,采用溶胶-凝胶法与化学修饰法相结合的方法合成含镍配合物的溶胶,通过浸渍提拉法制备感光性NiOx凝胶膜。利用紫外-可见光分光计和红外光谱仪等手段对凝胶膜进行分析表征,结果表明:此凝胶膜具有紫外感光特性。利用其感光特性,可以对NiOx凝胶膜进行微细加工。采用掩模法以紫外光为曝光光源对NiOx凝胶膜进行微细加工,结果表明此凝胶膜具有良好的微细加工特性。同时,还可采用无掩模的激光干涉技术,利用氪离子激光器双光束一次曝光工艺制备了线密度为1200 l/mm的光栅。  对不同热处理温度下制备的未掺杂NiOx薄膜进行电学性能测试,结果表明在不同热处理温度下的薄膜都具有明显的电阻开关特性,且随着热处理温度的升高,薄膜的复位电压有变化,但对开关比没有明显的影响,其开关比(Roff/Ron)的数量级都为103。当热处理温度为300℃时NiOx薄膜的电阻开关性能最优。通过X射线光电子能谱(XPS)分析表明未掺杂薄膜中镍的化学态为Ni3+;添加Ti进行掺杂改性后薄膜中镍和钛的化学态分别为Ni2+和Ti4+。研究了Ti掺杂对NiOx薄膜电学性能的影响,测试表明其具有双极电阻开关特性。随着Ti摩尔掺杂量的增加,薄膜的复位电压有变化。当摩尔掺杂量n(Ni)/n(Ti)=92∶8时,NiOx薄膜的复位电压最小。
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