存储器用铁酸铋薄膜的制备及性能研究

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1、中文图书分类号：TN384密级：公开UDC：621.38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：存储器用铁酸铋薄膜的制备及性能研究论文作者：汪鹏飞学科：微电子学与固体电子学指导教师：朱慧副教授论文提交日期：2017年5月UDC：621.38学校代码：10005中文图书分类号：TN384学号：S201402036密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：存储器用铁酸铋薄膜的制备及性能研究英文题目：ReasearchonthefabricationofBiFeO3thinfilmsforR

2、RAMapplication论文作者：汪鹏飞学科专业：微电子学与固体电子学研究方向：新型微电子器件与可靠性申请学位：工学硕士指导教师：朱慧副教授所在单位：信息学部微电子学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表

3、示了谢意。签名：汪鹏飞日期：2017年5月1日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：汪鹏飞日期：2017年5月1日导师签名：朱慧日期：2017年5月1日摘要摘要阻变存储器（RRAM）凭借其集成度高，写入擦除快，功耗低，和当今半导体工艺完全兼容等特点，成为最有希望替代Flash存储器的新一代非挥发性存储器。BiFeO3基阻变

4、存储器具有性能稳定，读写操作电压低等特点，是非常有潜力的阻变存储之一。然而，到目前为止，BiFeO3阻变存存储器大多用脉冲激光沉积（PLD），溶胶凝胶法（Sol-gel）等工艺制备，利用磁控溅射法制备的相对很少。本文通过射频磁控溅射法制备了BiFeO3阻变器件，并通过X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），原子力显微镜（AFM），铁电测试仪，安捷伦B1500半导体测试仪等研究了BiFeO3微观结构，结晶状况，表面形貌，铁电性，阻变性，以及阻变效应产生的机理。本文主要包括以下工作：一、利用磁控溅射法在Nb：SrTiO3（0

5、01）上成功制备了Pt/BiFeO3/Nb：SrTiO3/In异质结器件，通过电学测试发现器件具有双极性阻变效应，高低阻态开关比在200以上。器件保持特性良好，在3600s后仍能保持两个数量级的开关比。随后通过分析导电机制，发现BiFeO3薄膜符合空间限制电荷（SCLC）导电机制。结合BiFeO3/Nb：SrTiO3的能级图，本文认为，器件的阻变效应是由于BiFeO3内部曲线中心氧空位捕获和释放载流子的过程导致的。二、我们发现不同退火气压下器件的阻态反转方向相反，通过电学测试和薄膜表面势分析，我们认为该现象是由于器件阻变退火气压

6、影响BiFeO3内部氧空位的含量，导致BiFeO3的功函数变化，使BiFeO3/Nb：SrTiO3界面势垒高度发生变化造成的。三、经过不段摸索实验工艺，利用磁控溅射工艺在SrTiO3（001）衬底上成功地制备了Au/BiFeO3/SrRuO3/SrTiO3器件，XRD、SEM测试表明，BiFeO3、SrRuO3薄膜结晶质量良好，电学测试发现，器件具有的双极性阻变效应和铁电性。通过分析，我们认为器件的阻变效应是由于Au/BiFeO3，BiFeO3/SrRuO3之间的肖特基势垒效应造成的。关键词:BiFeO3薄膜，磁控溅射，阻变效应

7、IAbstractAbstractTheresistiverandomaccessmemory(RRAM)hassupposedtobethemostpromisingcandidatefornovelnon-volatilememory（NVM）devicesduetoitsadvantages,includingthehigh-speedoperation,high-densityintegration,andsemiconductorprocessflowcompatibility.BiFeO3basedRRAMisone

8、ofthemostpromisingresistivememorydeviceswiththecharacteristicsofstableperformance,lowread/writeoperationvoltage.Sofar,manyscientist