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锆铪氧薄膜的电输运及阻变特性研究
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毕业论文范文题目:
锆铪氧薄膜的电输运及阻变特性研究
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锆铪氧薄膜的电输运及阻变特性研究
锆铪氧薄膜的电输运及阻变特性研究毕业论文范文介绍开始:
锆铪氧薄膜的电输运及阻变特性研究,硕士学位论文,共62页。
摘要:
采用磁控溅射的方法在 Pt 电极上沉积了锆铪氧薄膜,并制备了 Pt/ Zr0.5Hf0.5O2/Pt 结构的电容器,用 XRD 表征了锆铪氧薄膜的结晶状态,通过在不同温度下测量电容器的漏电流曲线,研究了制备的锆铪氧薄膜的电输运特性及机制。XRD 测量的结果显示所制备的锆铪氧薄膜的结晶状态处于多晶态和非晶态之间。通过分析电容器的 I-V 特性曲线,发现薄膜中大量的电荷陷阱利用 TAT、T-FAT 和 Pool-Frenkel 效应完成电子的输运。
采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上、室温下制备出了 In-Ga-Zn-O 透明导电薄膜。系统研究了退火温度和沉积功率对薄膜的结构、电学性能和光学性能的影响。关于In-Ga-Zn-O 薄膜在不同温度下退火的研究结果表明,在 300℃至 500℃的退火温度范围内,退火后的 In-Ga-Zn-O 薄膜为非晶薄膜,500-800nm 可见光范围内,薄膜的平均透过率超过 80%。350℃退火后样品的电阻率最低,光学带隙最大,达到 3.91eV。关于In-Ga-Zn-O 薄膜在不同沉积功率下制备的研究结果表明,在 80-150W 的沉积功率范围内,实验制备的 In-Ga-Zn-O 薄膜为非晶薄膜,500-800nm 可见光范围内,薄膜的平均透过率超过 90%。薄膜的电阻率随着沉积功率的增大而降低,禁带宽度随着沉积功率增加而减小。
采用射频磁控溅射法制备了 α-IGZO/Zr0.5Hf0.5O2/α-IGZO 结构的全透明的阻变存储器(TRRAM)。系统研究了该存储器的薄膜结构、透光率、阻变性能和阻变机制。通过测量 XRD 图谱证实样品中所有的薄膜都是非晶态。器件的可见光透光率在 400-800nm波长范围内达到了 87%,高阻态(HRS)和低阻态(LRS)的转换次数最高可重复 120余次,开关比(ON/OFF ratio,即高阻态与低阻态电阻值的比)最高可达 6 倍,并且用0.5mV 直流电压持续测试 12 个小时以上器件的开关比没有明显变化。在此基础上进一步分析了该器件的阻变机制,发现氧空位迁移导致的有效肖特基势垒的变化是造成阻变现象的主要原因。
关键词 Zr0.5Hf0.5O2薄膜 非挥发性阻变存储器 阻变机制 电输运
第 1 章 引言
1.1 锆铪氧(Zr0.5Hf0.5O2)薄膜概述
1.1.1 二氧化锆和二氧化铪
锆铪氧是二元过渡金属氧化物二氧化锆(ZrO2)和二氧化铪(HfO2)的复合材料。二氧化锆常温常压下为白色粉末,摩尔质量 210.49 g/mol,平均密度 9.68 g/cm3,熔点2758℃,沸点 5400℃,不溶于水。有四方、单斜和立方三种晶相。二氧化铪与二氧化锆的化学和物理特性极为相似。二氧化铪也有四方、单斜和立方三种晶相,其密度分别为10.3 g/cm3、10.1 g/cm3和 10.43 g/cm3。同样有极高的熔点和沸点。它们都具有优异的热稳定性和抗腐蚀性能。由于其高稳定性和高介电常数,近来的研究表明氧化锆和氧化铪薄膜有被用来替代 MOSFET 中二氧化硅(SiO2)作为栅极绝缘层的潜力[1]。 Weijun Zheng 等人[2]研究了二氧化锆和二氧化铪的电学结构。研究者从实验和理论推导两个方面证实了二者的电学结构存在明显差异。从光子能谱测量实验(photoelectron spectroscopic experiments)结果来看,二氧化锆的电子亲和能约为 1.64eV,而二氧化铪的电子亲和能约为 2.14eV。理论推导方面,采用 CCSD(T)方法(the coupled cluster method with single, double, and noniterative triple excitations)推导出二氧化锆和二氧化铪的电子亲和能分别为 1.62eV 和 2.05eV。实验结果表明,二氧化铪比二氧化锆更多的表现出离子性。
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以上为本篇毕业论文范文
锆铪氧薄膜的电输运及阻变特性研究
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