掺杂型SnO2忆阻器的制备与研究

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随着存储技术的发展,制备一种性能更高的存储器用以替代传统存储器,成为了一个现代科学研究方向,集成性上,它需达到动态存储器的高密度,数据处理速度方面,也需超越静态存储器,同时还要如同FLASH闪存一般,具有非易失性,并且要兼容主流的生产工艺。近年来,阻变存储器、磁阻式随机存储器、相变随机存储器、铁电随机存储器等许多类型的存储器在研究中得到物理实现。忆阻器自提出以来,因其小体积、高密度、低功耗等优势与众多领域的应用,引起了研究者的广泛关注。在此背景下,本论文采用溶胶凝胶法制备了掺杂型SnO2薄膜,利用真空蒸镀制备Al点电极,分别研究了Mn掺杂SnO2、Cu掺杂SnO2、Co掺杂SnO2忆阻器的各项特性,并各项结果进行对比与分析。主要内容如下:(1)选取五水合四氯化锡、无水乙醇配置前驱溶液,其中掺杂元素分别通过四水合氯化锰、二水合氯化铜、六水合氯化钴搅拌均匀至溶胶溶液中。通过旋涂法将溶胶溶液涂覆于FTO导电玻璃上,在400oC的温度下进行退火,制得较为平整、均匀的SnO2薄膜,并利用真空蒸镀的方法在薄膜上沉积Al点电极,最终制得三层结构的忆阻器。(2)通过SEM、AFM、XRD等测试手段对掺杂型忆阻器分别进行性能表征。发现,每次旋涂厚度基本保持固定,Mn、Cu掺杂对于厚度影响差异不大,Co掺杂形成的厚度较小。退火后的薄膜较为致密,Co掺杂形成的平整度最高。引入的掺杂元素并未改变SnO2原有的晶粒结构,且掺杂都对晶粒的细化起到了促进作用,但对结晶度有一定的抑制作用,纵向对比,发现三种掺杂对晶粒结构影响差异不大。(3)分别对Al/SnO2:Mn/FTO、Al/SnO2:Cu/FTO、Al/SnO2:Co/FTO结构的忆阻器做了I-V测试。发现Set和Reset电压随着厚度的增大而增大,开关比也随着厚度的增加而增加,且随着测试次数的增加,Set电压与Reset电压都出现偏移。Mn掺杂的Set与Reset电压都大于Cu掺杂。Co掺杂的开关比最小,且出现非对称的开关阻性,这是由于Co掺杂导致薄膜内部载流子不均匀导致的。不同的掺杂使得开关比等性能发生变化,可能与掺杂后晶格的错配度有关。对比可发现,忆阻器存在一个厚度阈值,当厚度过厚时,影响载流子在其中的移动,使得开关阻性变小。Mn掺杂忆阻器的厚度阈值小于Cu掺杂,经分析,可得Cu掺杂更有利于载流子的形成与移动。论文还分析了Mn掺杂忆阻器与Cu掺杂忆阻器的载流子传输机制,得到Mn掺杂忆阻器的传输机制符合氧空位陷阱控制的电荷注入空间电荷限制电导理论模型,而Cu掺杂忆阻器的传输机制符合肖特基势垒模型。
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