氧化鎳溶膠-凝膠薄膜阻變特性研究
用溶膠- 凝膠法在ITO 基片上旋涂制備了NiO 薄膜，通過對(duì)ITO/ NiO薄膜/GaIn器件進(jìn)行伏安特性測(cè)試，研究了溶膠濃度、退火、層數(shù)以及Cu 摻雜等對(duì)其電學(xué)特性的影響。結(jié)果表明：所制備NiO 薄膜具有良好可重復(fù)雙極電阻開關(guān)特性。其中，2%Cu 摻雜0.2 mol/ L 溶膠、雙層、400℃退火1 h 制備的薄膜，閾值電壓較低，約0.8 V；而開關(guān)比受以上因素影響不明顯，約3 × 102。分析發(fā)現(xiàn)薄膜高阻態(tài)的荷電輸運(yùn)符合空間電荷限制導(dǎo)電機(jī)制，而低阻態(tài)為歐姆特性，阻變開關(guān)機(jī)理為閾值電場(chǎng)及焦耳熱導(dǎo)致的氧空位細(xì)絲的形成與斷裂。
隨著集成電路存儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，兼具非揮發(fā)性和高速度的新型存儲(chǔ)器顯得越來越重要。其中，基于阻態(tài)轉(zhuǎn)換的阻變存儲(chǔ)器由于功耗低、存儲(chǔ)密度大以及與傳統(tǒng)CMOS 工藝兼容性好等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用。阻變特性是1962 年Hickmott等研究Al/Al2O3/Al 結(jié)構(gòu)時(shí)首次發(fā)現(xiàn)的，隨后在ZrO2，NiO，TiO2，CuO，VO2 等材料中也觀察到電阻開關(guān)現(xiàn)象，其中NiO 薄膜由于電阻率高、開關(guān)可重復(fù)性好以及阻值窗口大等優(yōu)點(diǎn)而成為眾多阻變材料中的研究熱點(diǎn)。如Park 等通過磁控濺射法制備了NiO薄膜，發(fā)現(xiàn)器件電極不同其開關(guān)極性也不同；文獻(xiàn)磁控濺射制備了NiO 薄膜，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電細(xì)絲形成電壓及斷裂與場(chǎng)強(qiáng)有關(guān);Hwang 等磁控濺射沉積了n-TiO/ p-NiO 薄膜，其開關(guān)比高達(dá)106;Lee 等反應(yīng)離子濺射沉積了NiO 薄膜，發(fā)現(xiàn)開關(guān)閾值電壓隨氧分壓增加而減��；文獻(xiàn)用電化學(xué)沉積法制備了NiO 薄膜，發(fā)現(xiàn)Li 摻雜可以提高開關(guān)穩(wěn)定性，而對(duì)開關(guān)比及閾值電壓影響不大。溶膠凝膠法工藝簡(jiǎn)單，Giri 等用提拉法制備了NiO 薄膜，20 K 下其開關(guān)比在達(dá)107；包定華等用溶膠旋涂法制備了NiO/ MgxZn1- xO 薄膜，發(fā)現(xiàn)p-n 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可極大提高薄膜開關(guān)比( >106) 。研究發(fā)現(xiàn)小劑量Cu 摻雜可提高ZnO 薄膜的導(dǎo)電性，但對(duì)NiO 薄膜特性的影響尚未研究，特別是溶膠濃度、低溫退火等對(duì)NiO薄膜阻變特性的影響未見報(bào)道。
本文利用溶膠凝膠旋涂技術(shù)制備了NiO 薄膜,研究了溶膠濃度、薄膜層數(shù)、退火條件及Cu 摻雜對(duì)其電阻開關(guān)特性的影響，并對(duì)其導(dǎo)電機(jī)制與開關(guān)機(jī)理進(jìn)行了分析討論。
本文研究了溶膠濃度、薄膜層數(shù)、退火條件及Cu 摻雜等因素對(duì)溶膠-凝膠旋涂制備NiO 薄膜阻變開關(guān)特性的影響，結(jié)果表明: ¹ 所制備薄膜呈非晶態(tài)，具有很好的可重復(fù)雙極電阻開關(guān)特性。開關(guān)閾值電壓隨溶膠濃度、薄膜層數(shù)及退火溫度增加近乎線性增加。少量Cu 離子替位摻雜可增加氧空位濃度，使開關(guān)閾值電壓減��；大量Cu 離子摻雜導(dǎo)致缺陷密度增加，阻礙氧離子遷移使氧空位濃度降低進(jìn)而使閾值電壓增大。»薄膜高阻態(tài)荷電輸運(yùn)為空間電荷限制導(dǎo)電，低阻態(tài)呈典型歐姆傳導(dǎo)，開關(guān)機(jī)理為閾值電場(chǎng)及焦耳熱所致氧空位導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂�？傊ㄟ^改變工藝參數(shù)可有效調(diào)節(jié)NiO 薄膜氧空位濃度與遷移，進(jìn)而顯著降低開關(guān)閾值電壓，但其阻變機(jī)理不變，平均開關(guān)比均在103 以下。
