zno基薄膜及其阻变式存储器研制

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1、中文摘要摘要：在众多的新型非挥发性存储器中，阻变式存储器(RRAM)因具有简单的结构、优秀的尺寸可缩小性、较小的编程电流、较低的功耗、较高的读写速度以及与传统的CMOS工艺兼容性好等优点，被认为是下一代非挥发性存储器的有利竞争者之一。本文围绕如何改善基于ZnO半导体材料的RRAM器件的阻变开关性能展开研究，主要内容如下：1、用射频磁控溅射在石英衬底上沉积了ZnO薄膜，研究了不同的氧气流量对薄膜晶体结构和光学性能的影响，并在此基础上，研究了不同的ZnO沉积温度对Ag／ZnO／ITO结构RRAM器件性能的影响。结果表明，氧气流量为25SCCM、氩气

2、流量为30SCCM、沉积温度为400℃时，器件具有较好的阻变性能，阻值开关比达到30倍，操作电压在2V以下，操作电流为200衅左右。2、在硅衬底上用磁控溅射制各了Ag／ZnO／Zn／Pt结构RRAM器件。首次采用了在金属底电极和ZnO功能层之间沉积zn缓冲层的方法，提高了ZnO薄膜的结晶质量。系统的研究了不同的ZnO沉积温度、不同的zn缓冲层厚度以及不同的ZnO退火温度对器件阻变开关性能的影响。结果表明，20nlll的zn缓冲层厚度、400℃的衬底沉积温度和ZnO330℃退火条件下，器件的阻变开关性能较好，阻值开关比达到1×103，相应的阻值转

3、变也较稳定。正向和负向的阈值电压非常集中，都保持在±1V之间。测得低阻态时电阻值不随Ag电极尺寸的变化而改变，因而器件的开关机理是由局域的导电细丝的形成和断裂导致的。3、在硅衬底上制备了ZnO掺Ga薄膜的Ag／GZO／ZnO／Pt结构RRAM器件。与本征ZnO基Ag／ZnO／Zn／Pt器件相比，增大了器件的阻值开关比，提高了器件在高低阻态转换过程中的稳定性，说明有效地掺杂可以起到提高阻变存储器性能的作用。系统的研究了GZO薄膜的退火温度、ZnO缓冲层厚度和GZO沉积温度对器件性能的影响。结果表明，ZnO缓冲层厚度为15nm、GZO薄膜的退火温度

4、为330℃、沉积温度为400℃时，器件的阻变开关性能较好，阻值开关比达到1×104，器件的开关阈值电压都保持在±1V之间，高低态阻值的转变也十分稳定。关键词：阻变式存储器；阻变开关；氧化锌；氧化锌掺镓分类号：0484ABSTRACTABSTRACT：ABSTRACTAmongvariousnewnon-volatilememories，resistiverandomaccessmemory(RRAM)regardedasnext—generationnonvolatilememorydevicesinthestoragefieldhasbeen

5、widelyinvestigatedduetoitssimplestructure，excellentscalability,lowoperationcurrent，lowpowerconsumption，highspeed，andwellcompatibilitywithcomplementarymetaloxidesemiconductor(CMOS)technology．Inthisthesis，wefocusonimprovingtheswitchingperformanceofZnO-RRAMdevices．Themainconten

6、tsareasfollows：TheZnOthinfilmsweredepositedonquartzsubstratesbyradiofrequencymagnetronsputtering．TheeffectsofsputteringoxygengasflowonthestructureandopticalpropertiesofZnOthinfilmswereinvestigated．ThentheperformancesofRRAMdevicesdependondifferentsubstratetemperaturewerealsos

7、tudied．Theresultsrevealthatwhenoxygenflowis25SCCM，argonflowis30SCCMandZnOthinfilmsgrowat400℃．theZnO-RRAMdeviceshavebetterswitchingperformance．Theratioofhighresistancestatetolowresistancestateis50．Theoperationvoltagesandoperationcurrentsareverylow，whichare2Vand200I-tA，respect

8、ively．TheZnO—RRAMdeviceswerepreparedonSisubstratesbyradiofrequencymagnetron