外延NiO薄膜的结构及性能研究(1)

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1、摘要摘要NiO是具有典型3d电子结构的金属氧化物，也是一种P型半导体材料。NiO因为在金属一氧化物一金属这种结构中表现出高低电阻的比例较大，能够作为阻变存储器的材料。在多晶Ni0薄膜上作电极时，由于粗糙的表面与晶界在计量成分中的局部变动难以控制，可能会对NiO薄膜的I-V性能造成影响。单晶NiO薄膜较之多晶NiO薄膜有着很好的晶体结构与表面，能够降低材料中的缺陷，作为优良的阻变存储器材料在存储器领域有着广泛的应用前景。本论文从研究Ni0薄膜在蓝宝石衬底上的外延生长过程出发，运用XRD、AFM表征其结构、形貌，运用原位RHEED分析其外延匹配关系。因为蓝宝石衬底本身并不

2、导电，所以在蓝宝石衬底上制备了Pt底电极，并研究了在电极上制备NiO薄膜的工艺参数对其电学性能的影响。(1)采用脉冲激光沉积法(PLD)在六方纤锌矿结构的蓝宝石衬底上制备了外延NiO薄膜，分别研究了沉积温度、氧分压对薄膜结构和形貌的影响。在650℃、20Pa0。的条件下得到了高结晶质量的单晶NiO薄膜。高能电子衍射分析发现，Ni0沿Al：03[11-20]方向入射的衍射图像为清晰的斑点，说明NiO薄膜为岛状生长模式，薄膜与衬底的外延匹配关系为：(111)[11-2]NiO／／(0001)[11-20]A1：03。(2)研究了蓝宝石衬底上生长Pt电极工艺，并且研究了在P

3、t电极上制备NiO薄膜的工艺条件。为后续的薄膜电学性能研究做好准备。(3)对在蓝宝石衬底上以Pt作为底电极制备的NiO薄膜结构进行了电学性能测试分析，结果表明该薄膜能够作为阻变存储器的材料。关键词：NiO薄膜，蓝宝石衬底，PLD，外延匹配ABSTRACTABSTRACTNiOisaP-typetransparentconductiveoxidewithtypical3delectronstmcture．PolycrystallineNiOfilmshavebeenregardedasprototypematerialsforunipolarresistivememor

4、yswitchingbehavior,becausethefilmshavelargeratiobetweenahigllresistancestateandalowresistancestate．IntrinsicallypolycrystallineNiOwithmetalelectrodeswouldpossessmanyoriginsthatwouldberesponsibleforI-Vcharacteristicssuchastoughinterface，grainboundanes，andlocalvariationinstoichiometry,whi

5、chmightbedifficulttocontr01．IncontrarytopolycrystallineNiO．EpitaxialNiOsystemcouldserveasagoodmodelsystemsinceitwouldhavegoodcrystallizationandinterface，minimizingtheVadousdefectsinthematerials．SoepitaxialNiOmaterialhasattractedextensiveattentionforresistiverandomaccessmemorydeviceappli

6、cations．Inthisdissertation，itstartswiththeepitaxialgrowthprocessofNiOfilmson(0001)sapphiresubstrate．Themicrostmcture,surfacemorphologyofNiOfilmsweresystematicallystudiedbyusingx-raydiffractionanalysisandatomforecemicroscopy．TheepitaxialrelationshipbetweenNiOfilmsandsapphiresubstratesWas

7、analyzedbyusingreflectionhigh—energyelectrondiffraction．Becausesapphiresubstrateisnotelectric，Ptmetalelectrodesweresuccessfullygrownonhexagonalsapphiresubstratesfortestingtheirelectricproperties．Finally,itisgenerallyresearchedTheeffectofexperimentallawstoelectricproperties．Firs