随着信息社会的发展,人们对存储器(Memory)提出了愈加高的要求。目前在市场上依旧占据主流地位的闪存(FlashMemory)在存储容量(Capacity)、写入擦除读取速度(Speed)、体积(Volume)、稳定性(Stability)、功耗(Consumption)等方面均无法满足日益增长的需求。阻变存储器(Resistance Random Access Memory,RRAM),由于具有结构简单、速度快、稳定性高、功耗低、易集成等特点,引起了全球科研机构的广泛关注。一般而言,阻变单元由类似于金属/介质层/金属(Metal/Insulator/Metal)的“三明治”结构组成,介质层通常为过渡族金属氧化物等材料,金属层可为铝、铜等金属,该结构具有与现有半导体集成工艺较好的兼容性;但是,在电阻转变机理上还存在有较大的不确定性,主流的电阻转变行为由导电通道的形成和断裂(formation and rupture of conductive channels)或界面势垒的调整(adjustment of interface barrier)所导致的,因此需要进一步的研究来澄清电阻转变的机理。早在上世纪70年代,人们就发现了通过化学气相沉积法沉积的非晶硅基薄膜(a-Si film)具有电阻转变现象。随后在硅氧薄膜中也发现了电阻转变现象,并且具有优异的非挥发存储特性。然而,基于硅基薄膜的电阻转变行为的机理依旧需要进行大量的工作。本文通过磁控溅射法在硅片或ITO导电玻璃上沉积硅氧薄膜、氮硅薄膜、氮氧硅薄膜和碳氧硅薄膜,通过改变制备工艺参数,探究薄膜参数的变化对单元电阻转变行为的影响,归纳电阻转变的机理。研究表明:(1)随着氧含量的增加,采用反应射频溅射硅靶材制备的Ag/SiOx/p+-Si器件的良率、高低阻抗比和稳定性等参数都得到了提高,其导电行为取决于SiOx薄膜中缺陷类型,这也是受掺入的氧元素控制。对于富氧的SiOx薄膜,氧空位成为了导电缺陷;(2)通过“电流退火”在不同工艺参数下制备的富硅的硅氧薄膜,硅原子聚集为非晶硅团簇,形成非晶硅通道,使得Cu/SiOx/p+-Si器件从记忆电阻模型转变到阈值电阻模型。其电阻转变机理取决于器件制备过程形成的缺陷态,例如:当退火温度较低、厚度较小时,电子通过缺陷的俘获和去俘获的跳跃导电或非晶硅团簇间的隧穿导电;当薄膜厚度达到78 nm,绝缘层和半导体间的肖特基势垒成为电阻的主要贡献者;(3)Ag/SiN/p+-Si器件在氮浓度为50%、介质层厚度为10nm下体现出了相对优异的电阻转变特性,其导电机制可归因于基于SiN薄膜中不可移动的氮相关缺陷的跳跃导电模型;(4)在0.8 sccm氧流量下制备的Cu/SiOxNy/ITO器件具有相对较好的双极性电阻转变特性,同时电子通过氧空位的俘获和去俘获的跳跃导电是主要的导电机制,其电阻转变行为是基于氧空位导电通道的形成和断裂;(5)最后,利用反应溅射SiC靶制备的富氧的Ag/SiCxOy/p+-Si/Al器件也具有典型、稳定的双极性电阻转变现象,其导电状态受填满的陷阱限制的空间电荷限制电流(trap-filled limited space charge limited current)和SiCxOy/p+-Si之间界面的肖特基势垒共同作用,表明在SiCxOy薄膜中的氧空位起到主要作用。因此,对于硅基薄膜,一方面,若无或少量掺杂元素来钝化硅悬挂键(Si dangling bond),硅原生缺陷形成的导电机制起主要作用,例如:Poole-Frenkel发射、FN隧穿或硅导电通道;另一方面,随着O、N、C分别或同时进入硅薄膜,由于掺杂元素钝化了硅悬挂键,由掺杂元素形成的缺陷中心在器件电阻转变行为中起主要作用。然而,纵观全文,我们在薄膜成分表征和动态电学测试方面还需进行全面而细致的分析,最终才能形成对硅基薄膜阻变机理的归纳。