Cu/TiO_2/ITO薄膜元件阻变性能与机理研究

以磁控溅射方法沉积TiO2薄膜和Cu上电极层,制备Cu/TiO2/ITO阻变存储器元件。采用原子力显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对薄膜材料进行性能表征,测试结果表明:TiO2薄膜表面平整、致密;结构以非晶为主,仅有少量金红石相TiO2(110)面结晶;钛氧比为1:1.92(at%),说明薄膜内部存在少量氧空位。在阻变性能测试中,元件呈现双极阻变现象,阻变窗口值稳定,数据保持特性良好,但未出现Forming过程。通过对阻变元件I-V曲线线性拟合结果的分析,得出阻变机理由导电细丝理论和普尔-法兰克效应共同控制。进一步分析发现,被氧化的Cu离子在偏压作用下很容易在TiO2薄膜内迁移并形成直径较大且较为稳定的导电细丝。     

非超高本底真空条件下沉积低氧含量ZrB_2薄膜

磁控溅射制备易氧化质薄膜一般需要超高本底真空条件,而超高真空条件在大面积、大批量镀膜工程中存在成本过高或较难实现的问题。通过在磁控溅射镀膜室内部附加1套辅助Ti靶,利用从Ti靶溅射出的Ti原子对氧的亲合作用,消耗镀膜腔内残余气氛特别是氧的含量,以期能够达到近似超高本底真空条件下的镀膜效果。以磁控溅射制备ZrB2薄膜为研究对象,对比研究了辅助Ti靶开启与否对制成ZrB2薄膜成分与微观组织及性能的影响,发现在相同的工艺条件下,辅助Ti靶开启可使ZrB2薄膜中的O含量由辅助Ti靶不开启的24.77 at.%降低为2.94 at.%;组织结构与性能对比分析结果表明,Ti靶不开启制成的高O含量ZrB2薄膜呈非晶结构,电阻率为682μΩ·cm,而Ti靶开启制成的低O含量ZrB2薄膜为多晶结构,电阻率降低至348μΩ·cm。     

ZrO_2纳米粒子薄膜阻变特性研究

用水热法制备了ZrO_2纳米粒子,结构通过XRD表征,利用GaIn上电极对旋涂于ITO基底上薄膜进行伏安特性测试。结果表明,ZrO_2纳米粒子为微晶单斜相,随水热温度增加,结晶度增强。器件具有双极阻变特性,开关比随水热温度增加而减小,阈值电压则近乎线性增加。样品低阻态输运为欧姆特性,而高阻态符合空间电荷限制导电机制,阻变机理为氧空位导电细丝的形成与断裂。     

ZrO_2-CuO复合纳米粒子薄膜阻变特性研究

利用水热法在180℃下制备ZrO_2-CuO复合纳米粒子(ZrCu),XRD测试表明随CuO含量增加,样品的结晶性变好。在ITO基片上旋涂制膜,通过GaIn微滴技术测试伏安特性,研究了复合比对ZrCu薄膜电学特性的影响。结果发现,ZrCu有良好可重复的双极阻变特性,随CuO含量增加,阈值电压降低,开关比降低。ZrCu低阻态符合欧姆特性,高阻态为空间电荷限制导电机制,阻变机理为氧空位细丝的形成与断裂。第一性原理计算结果与实验观察一致。     

直流磁控溅射制备SnO2薄膜的阻变特性研究

采用直流磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2基片上分别以三种不同的基板温度和后热处理工艺制备了二氧化锡(SnO2)薄膜。采用X射线衍射仪对三种薄膜的晶格结构进行了分析表征,通过Keithley 4200半导体参数分析仪对薄膜的阻变特性进行了测试。实验结果表明:三种制备条件下的SnO2薄膜均具有阻变性能,基板温度350℃和850℃退火处理分别制备的薄膜同时具有良好的写入/擦除电压分布一致性、较好的高阻态阻值离散性和较大的开关比。初步讨论了三种薄膜阻变特性的机理,薄膜内部导电细丝的形成和断裂程度不同造成三种薄膜高低阻态电阻分布不同,同时影响了写入与擦除阈值电压的分布一致性等阻变参数。     

金属掺杂改善HfO2阻变存储器(RRAM)氧空位导电细丝性能

本研究采用金属掺杂的方式调控氧空位导电细丝的电子结构以获得更好的器件性能.计算了HfO2体系中四组氧空位的形成能,得到VO4-VO23-VO34-VO46最易形成的氧空位簇;分波电荷态密度进一步表明在[010]晶向上电荷聚集形成导电通道.另外,研究了Ag、Mg、Ni、Cu、Al、Ta、Ti掺杂对该缺陷体系电子结构的影响...     

CSNS四极陶瓷真空盒镀膜系统的电磁场模拟计算分析

针对中国散裂中子源（CSNS）四极陶瓷真空盒磁控溅射镀膜系统,采用CST仿真软件,进行了镀膜系统安置外导电层、内导电层及无导电层三种情况下的电磁场模拟计算及结果对比与分析,并结合实验系统和磁控溅射相关理论进行了讨论,对实验系统镀膜研究提供了理论基础和指导,同时也为如何进行绝缘体长直管道的内壁镀膜提供了一定的思路。     

氧化镍溶胶-凝胶薄膜阻变特性研究

用溶胶-凝胶法在1TO基片上旋涂制备了NiO薄膜,通过对ITO/NiO薄膜/GaIn器件进行伏安特性测试,研究了溶胶浓度、退火、层数以及Cu掺杂等对其电学特性的影响.结果表明:所制备NiO薄膜具有良好可重复双极电阻开关特性.其中,2％Cu掺杂0.2 mol/L溶胶、双层、400℃退火1h制备的薄膜,阈值电压较低,约0.8 V;而开关比受以上因素影响不明显,约3× 102.分析发现薄膜高阻态的荷电输运符合空间电荷限制导电机制,而低阻态为欧姆特性,阻变开关机理为阈值电场及焦耳热导致的氧空位细丝的形成与断裂.     

基于CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜厚度的数模阻变转换机理EI北大核心

采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜,通过在CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件,采用XRD和XPS表征CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明:阻变层中主要由TiO_(2)和CeO_(2-x)组成。与Al/CeO_(2)/FTO器件相比,Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度下的阻变器件进行电学分析,研究表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件在不同CeO_(2-x)-TiO_(2)膜厚下其低阻态呈欧姆导电机制。随着CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度的增加,高阻态的阻变机制会发生本质变化,器件的阻变机制从氧空位导电细丝机制转变为缺陷对电荷的捕获/释放机制。研究发现Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)界面处的AlO_(x)层是阻变机制转变的关键,AlO_(x)层的增厚使器件从“数字型”转变为“模拟型”。     

氧分量对柔性衬底上WOx薄膜性能的影响

通过射频磁控溅射方法,在柔性PET衬底上低温沉积电致变色WOx薄膜.利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光分光光度计、X射线光电子能谱(XPS)分析所制备薄膜的微观结构、透光率、O元素的结合状态.结果表明,各氧分量下制备的WOx薄膜均为非晶态;氧分量0时制备的薄膜着、退色态透光率变化范围达到25%左右,具有较好的电致变色性能;XPS分析表明氧分量8%时氧空位含量最低,随着氧分量的继续增大,氧空位含量也增大.     

室温直流反应磁控溅射制备透明导电In_2O_3∶Mo薄膜

在室温条件下采用直流反应磁控溅射法制备了新型透明导电In2O3∶Mo薄膜。研究了溅射压强中氧气百分含量[P(O2)]为8.0%~18.0%时对薄膜光电特性以及表面形貌结构的影响。结果表明,薄膜的光电性能对溅射压强中P(O2)非常敏感。分析显示P(O2)决定了薄膜中的氧空位含量和载流子浓度,从而影响了薄膜的光电特性。原子力显微镜观察表明,适量的P(O2)条件下可以获得平均粗糙度为0.3 nm、颗粒均匀、表面平整的薄膜。室温制备的IMO薄膜在可见光区域的平均透射率(含玻璃基底)高达82.1%,电阻率低至5.9×10-4Ω.cm。     

室温直流反应磁控溅射制备透明导电In2O3:Mo薄膜

在室温条件下采用直流反应磁控溅射法制备了新型透明导电In2O3:Mo薄膜.研究了溅射压强中氧气百分含量[P(O2)]为8.0%～18.0%时对薄膜光电特性以及表面形貌结构的影响.结果表明,薄膜的光电性能对溅射压强中P(O2)非常敏感.分析显示P(O2)决定了薄膜中的氧空位含量和载流子浓度,从而影响了薄膜的光电特性.原子力显微镜观察表明,适量的P(O2)条件下可以获得平均粗糙度为0.3 nm、颗粒均匀、表面平整的薄膜.室温制备的IMO薄膜在可见光区域的平均透射率(含玻璃基底)高达82.1%,电阻率低至5.9×10-4 Ω·cm.     

多弧离子镀与磁控溅射联用镀制TiN/SiO_2复合装饰薄膜的研究

本文结合多弧离子镀和磁控溅射两种镀膜方法的优点,制备了Ti N/Si O2复合薄膜。通过扫描电镜可以观察到,制备的复合膜比单纯的氮化钛薄膜更加致密和光滑,基本消除了大颗粒的影响。另外,可以通过控制溅射Si O2的时间实现对膜层色度的控制。在本文的试验条件下,当氧化硅溅射时间为30 min时,得到的膜层为咖啡色,当氧化硅溅射时间为1 h,膜层为玫瑰红色。采用两种镀膜手段联用的方法,可以得到高品质,颜色丰富的膜系。     

二维钙钛矿可控外离子输运实现高重复性、低电压阻变（英文）

有机-无机卤化物钙钛矿作为阻变介质材料在阻变存储器领域引起了极大的兴趣.其离子空间分布和离子输运决定了导电细丝的形成,但目前对这二者的了解有限,且存在随机性与动力学之间的本征矛盾.本文中,我们通过原位及非原位研究,系统地证明了二维钙钛矿薄膜晶界内存在具有空间限域效应的快速外部离子输运通道.通过调控介电层中阳离子输运通道,即晶界的几何形貌特征及结构,可以有效控制导电细丝的生长行为.最终,制备出具有0.09 V(1.8 kV cm^-1)的超低阈值电压和低离散性(<10%)的免电激励阻变存储器件.该器件可柔性制备并具有多功能应用集成,如多值写入和光擦除功能.该工作可为阻变存储器中导电细丝形成动力学的调控开辟新的思路,并为存储器未来在电子和光子电路中的应用提供可靠的单元原件.     

Nb掺杂Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷的电行为特性研究

采用固相烧结工艺制备了Nb5+掺杂的Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷.运用XRD和AFM对Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料的微观结构进行表征,发现所制备的陶瓷均具有单一的正交相结构,抛光热腐蚀表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.通过对材料直流电导率与温度关系的Arrhenius拟合,分析了Bi4Ti3-xNbxO12+x/2的导电机理.Nb5+掺杂提高了材料的介电常数,但居里温度随掺杂含量的增加呈线性下降趋势.DSC结果显示Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料在居里温度处经历了一级铁电相变.样品的铁电性能测试结果表明,Nb5+掺杂Bi4Ti3O12提高了材料的剩余极化Pr,这主要是由于Nb5+取代Ti4+大大降低了材料中氧空位的浓度,使得氧空位对畴的钉扎作用减弱的缘故.     

Ti_2AlNb基合金表面磁控溅射Al/Al_2O_3薄膜及扩散处理对其抗高温氧化性能的影响

为提高Ti2Al Nb合金的抗高温氧化性能,在Ti2AlNb合金表面磁控溅射Al/Al2O3薄膜,于真空退火炉内对其进行600℃,1 h扩散处理后,分别在650,750,850℃下氧化100 h。利用XRD,SEM,EDS技术对基体和扩散试样的相组成、微观形貌进行了分析;研究了Al/Al2O3薄膜扩散层的抗高温氧化性能及扩散处理对Al/Al2O3薄膜氧化动力学曲线的影响。结果表明:Al/Al2O3薄膜扩散层的氧化行为受氧离子渗入薄膜运动过程的控制,在高温条件下表层形成连续致密的Al2O3膜,使薄膜扩散层的氧化系数远低于基体,并且次表层的富铝相能有效阻止氧离子扩散通道的形成,减少基体与氧化性气体接触,从而显著提高Ti2Al Nb基合金的抗高温氧化性能。     

双层Nb掺杂TiO_2薄膜的导电性研究

采用射频磁控溅射的方法通过改变氧分压和基体温度在非晶超白玻璃上沉积了一系列Nb掺杂Ti O_2薄膜,富氧状态下的薄膜为锐钛矿相且绝缘,少氧状态下的薄膜为金红石相但电阻率太大。采用双层膜的结构,首先将在非晶基体上沉积一系列在富氧状态下得到的的锐钛矿相Nb掺杂Ti O_2薄膜为种子层,然后在种子层上外延一层少氧状态下的Nb掺杂Ti O2薄膜为表层,得到的薄膜具有良好的导电性。     

TaOx离子导电薄膜的制备与性能

采用直流反应磁控溅射方法制备Ta2O5薄膜,并研究了其制备工艺;在Amoldussen法的基础上,采用了一种新的方法对Ta2O5薄膜离子导电性能进行了测试。结果表明,制备的Ta2O5,薄膜具有良好的离子导电性能。     

焙烧温度对NiO薄膜阻变特性的影响

利用水热法制备了NiO纳米粒子,基于GaIn/NiO/ITO器件结构,研究了焙烧温度对NiO纳米粒子薄膜阻变特性的影响。XRD分析发现,随焙烧温度由400至900℃,NiO纳米粒子结晶性提高,逐渐显立方相,粒子分散性变好。电学测试表明,NiO纳米粒子薄膜具有可重复双极阻变特性,开电压约-1.3 V较稳定。随焙烧温度提高,器件开关比由1407急剧降至11左右,原因是纳米粒子结晶后,其晶界势垒减小,载流子迁移率增大,致开关性变差。伏安特性曲线分析发现,纳米粒子薄膜低阻态荷电输运为欧姆特性,高阻态符合肖特基发射,判断阻变机理为阈值电场及焦耳热导致的氧空位细丝的形成与断裂。     

氧等离子体处理对氧化铟锡表面化学状态影响的ADXPS研究

利用变角X射线光电子谱对氧等离子体处理前后氧化铟锡ITO薄膜的表面化学状态进行了表征.实验发现用溶剂清洗之后的ITO薄膜表面存在一层厚度大约为0.7nm的非导电碳氢化合物污染层.氧等离子体处理方法可有效地消除C污染,而残存的少量污染C被部分氧化形成含羰基和羧基的化学物种.氧等离子体处理不仅提高了约5.0nm深度范围内的ITO薄膜表层中O的总体含量,更重要的是提高了膜层中O2-离子氧种的含量,改变了膜层化学结构,使得ITO薄膜表面的导电性能降低,同时改善了整个表面层化学结构的均匀性.