BiO<,x>和ZrO<,2>氧化物信息功能薄膜制备及性质研究

• 作 者: 吴遐
• 机 构: 复旦大学
• 出 处: 复旦大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 磁控溅射 纳米颗粒复合薄膜 信息功能薄膜 光学薄膜 多级存储技术

本论文主要工作是使用磁控溅射方法制备了一系列金属氧化物功能信息薄膜，并在此基础上，研究了Ag-Bi2O3纳米颗粒复合薄膜的光学性质；分析了Al/ZrO2/Al信息功能薄膜的I-V特征参数，并解释了其工作机制。
Ag-Bi2O3纳米颗粒复合薄膜的光学性质十分依赖Ag的组分和退火的温度。我们采用磁控共溅射的方法制备了不同Ag组分的Ag-Bi2O3纳米颗粒复合薄膜，并得到了不同温度下退火的样品。应用椭圆偏振光谱术等手段研究了它们在不同退火温度及组分下的结构和光学性质。对于Ag-Bi2O3纳米颗粒复合薄膜的光学性质的研究具有实际的应用价值，具体的物理应用提供了可靠的实验数据及变化规律；系统分析了该纳米颗粒复合薄膜的光学常数随着金属纳米颗粒组分和热处理温度的变化。该分析包括两部分：第一，对每次相同退火温度下不同Ag组分的样品进行了光学常数的测量与比较；第二，对不同退火温度处理下的相同Ag组分的样品进行了光学常数的测量与比较。通过这两部分的研究分析，我们发现Ag-Bi2O3纳米颗粒复合薄膜的光学性质会随着Ag的组分和退火温度呈现明显的改变，这种改变在经过525℃以上的退火处理后尤其明显；运用纯银模型和纯氧化铋模型，对镀制的复合薄膜的光学性质进行了分析和解释。
利用LeyboldSP600磁控溅射系统的RF、DC靶溅射制备了基于ZrO2的RRAM信息功能薄膜样品。经过研究发现，这种RRAM信息功能薄膜的结构简单，易于工业制备，性能稳定，并有较大的高阻/低阻比，能在实际应用中提供较大的容错比，并且能为未来的多级存储技术提供了一种可靠的解决方案；通过XPS深度剖析发现，ZrO2材料是符合完全化学计量比的。这种基于完全化学计量比材料的新型信息功能薄膜能够为工业界如何有效的提高产率提供一种实际的解决方法。在低工作电压范围内，由于在工作单元中形成了可导通的导电细丝(filamentary)，器件呈现出欧姆电阻特性；在高工作电压范围内(Vreset＜V＜Vset)，器件的导电机制主要是受到Schottky效应的影响。Al/ZrO2/Al信息功能薄膜能够产生稳定的开关效应，是由伴随大电流产生的焦耳热和Al与ZrO2薄膜的自发反应造成的。