制备方法及掺杂对Ag/TiO2/Pt异质结电致电阻转变特性的影响

摘要

随着现代科技生活的飞速发展,现有的信息存储器件已经不能满足人们的高需求,电阻式随机存储器(RRAM)作为一种新型的非易失性存储器,以其所具有的高速度、高密度、低功耗、制备简单等优点而越来越受到关注,有望成为下一代主要的通用存储器。现今的RRAM仍处于研发阶段,其热点集中在性能及机理的研究上。本文以TiO2作为阻变层,对Ag/TiO2/Pt异质结的阻变性能及机理进行了研究。本文主要研究内容如下:
　　1.以Pt为底电极,用磁控溅射法制备顶电极Ag,研究用溶胶凝胶一旋涂法及磁控溅射法制备的同为锐钛矿结构的TiO2薄膜样品的阻变性能。两种样品均呈现出稳定的双极阻变行为。样品均具有良好的保持性和疲劳性。用薄膜内场致氧离子迁移形成导电细丝及细丝断裂可以解释此阻变现象。相对于溶胶凝胶法而言,磁控溅射法制备的薄膜样品的成品率要高一些,我们认为磁控溅射法制备的样品表面粗糙度好于溶胶凝胶法,改善了电极/薄膜接触面的状态,进而提高了样品的成品率。2.研究了Mg,Al两种金属元素掺杂的TiO2薄膜样品的阻变性能。研究表明,未掺杂和少量Mg掺杂的TiO2薄膜样品表面极为粗糙,消弱了金属/薄膜界面处的肖特基势垒的作用,阻变机制主要是导电细丝起作用;而Mg掺杂量较多时薄膜表面的缺陷减少,金属电极/薄膜界面处形成的肖特基势垒成为影响其阻变的主要因素。Mg掺杂改善了电极/薄膜接触面的状态,提高了样品的成品率,样品的疲劳性有所改善。AI的掺杂使得薄膜样品内的氧空位增多,使得导电细丝更易形成,阈值电压降低,转变比率增大。
　　3.用磁控溅射法制备Ag电极,电极/薄膜接触面的缺陷过多,导致金属电极与薄膜为欧姆接触,难以出现阻变现象,样品的成品率不高。通过在电极生长过程中给其加温,提高了器件的成品率。我们认为生长温度的提高有利于Ag在Ag/TiO2接触面的扩散与渗透,改善了电极/薄膜接触面状态,进而提高样品的成品率。