不同电极对ZnO薄膜电阻开关特性的影响

来源 :杭州电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leaffan1985
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这几年,存储器市场因电子产业的快速发展得到了迅速的扩张,同时,这也对存储器提出了更高的要求。未来的存储器需要有更快的速度,更低的功耗,更长的寿命,以及更小的尺寸。现在人们已经提出了多种非挥发性存储器,比如铁电存储器(FRAM)、相变存储器(PRAM)、磁阻存储器(MRAM)、电阻存储器(RRAM)。在这些非挥发存储器中,电阻存储器具有擦写速度快,运行功耗低,结构简单,与传统 CMOS工艺兼容性好等优点,被认为是能替代闪存,而成为下一代通用存储器。ZnO作为一种重要的宽禁带半导体材料,已表现出较为优异的电阻开关特性。虽然有关 ZnO薄膜电阻开关特性的研究工作不少,但是有关电极对ZnO薄膜电阻存储器性能影响方面的研究很少。在电阻存储器中,电极不仅可以用来传导电流,还会影响电阻存储器的开关性能,因此有必要研究电极对ZnO薄膜电阻开关性能的影响。  本文采用直流磁控溅射技术沉积ZnO薄膜,利用电子束蒸发技术制备电极,获得TE/ZnO/BE三明治结构的器件,其中TE为上电极,BE为下电极。采用X射线衍射仪,I-V特性测试仪等对ZnO电阻开关器件进行了测试分析,讨论了电极材料对Forming电压、Set电压、Reset电压以及器件工作寿命等方面的影响,并对相关机理进行了研究。主要取得了如下的结果:  (1)ZnO电阻开关存储器具有单极型电阻开关特性。器件在高阻态的电流传导机制为空间电荷限制电流传导;在低阻态的电流传导机制为欧姆传导。电阻开关特性可以用灯丝模型进行解释。  (2)采用Al金属、Cu金属、n型重掺Si这些不同的材料作为ZnO薄膜的下电极,ZnO薄膜电阻存储器都表现出稳定的电阻开关特性。但是不同的上电极对Forming电压、Set电压、Reset电压以及漏电流有明显的影响。n型重掺 Si会在界面处和ZnO薄膜产生势垒,使漏电流变大,操作电压增高。  (3)在Al金属、Au金属、Cu金属和Fe金属作为上电极的结构单元中,ZnO薄膜电阻存储器也都表现出稳定的电阻开关特性。当Al金属作为上电极时,ZnO薄膜电阻存储器的电阻开关特性最稳定;当Fe金属作为上电极时,ZnO薄膜电阻存储器的电阻开关特性比较差。  (4)在Al/ZnO/Al结构单元中,在300次连续的电阻开关循环后仍能显示出稳定的电阻开关行为,且Set电压和Reset电压较为稳定,两者电压值没有发生重叠现象,高阻态与低阻态的阻值比都大于104,其潜在的数据保存时间大于10年。
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