【摘 要】
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存储器在日常生活、工业生产和信息技术等领域都扮演着重要的角色,为了满足社会需求,研究者们不断的进行存储器的开发,阻变存储器(RRAM)便因其高速和高密度存储潜力成为新型存储器的有力竞争者之一。由于现有的阻变材料体系较为单一,并且大多数中间层为金属氧化物,所以开发更多适用于RRAM的介质材料,完善阻变传输机制并制备性能优异的阻变器件成为学术界和半导体工业关注的重点之一。本论文将二硫化锡(Sn S2)
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存储器在日常生活、工业生产和信息技术等领域都扮演着重要的角色,为了满足社会需求,研究者们不断的进行存储器的开发,阻变存储器(RRAM)便因其高速和高密度存储潜力成为新型存储器的有力竞争者之一。由于现有的阻变材料体系较为单一,并且大多数中间层为金属氧化物,所以开发更多适用于RRAM的介质材料,完善阻变传输机制并制备性能优异的阻变器件成为学术界和半导体工业关注的重点之一。本论文将二硫化锡(Sn S2)作为阻变层,以ITO/Sn S2/ITO结构器件为基础,通过对Sn S2薄膜沉积工艺的优化制备阻变器件,对阻变层掺杂Ca2+离子和Na+离子并改变退火温度,探究离子掺杂和退火温度对ITO/Sn S2/ITO器件阻变性能的影响,以期在硫化物阻变体系中获得高性能的存储器。本论文阻变器件以ITO导电玻璃为基底并用作下电极,采用化学方法制备Sn S2薄膜,并用物理旋涂的方式进行薄膜的沉积,上电极ITO使用磁控溅射技术进行制备,设置退火温度梯度同时采用浓度精确可控的溶液掺杂,使用半导体数据分析仪对器件阻变性能进行测试,在此基础上对器件性能和阻变机理进行分析讨论。实验通过旋涂方式制备Sn S2薄膜,通过优化旋涂参数,确定5000rpm、动态旋涂、30s工艺条件下制备得到的薄膜最致密,结合XRD、UV-Vis、SEM、EDS、XPS、Raman测试对薄膜进行表征。通过设计实验掺杂离子(Ca2+),证明了Ca2+离子能有效提高ITO/Sn S2/ITO器件的阻变性能,其中离子浓度是决定器件数据耐久性和保持特性的关键因素,同时实验设置退火温度梯度,证明了适宜的退火温度能够保证Sn S2薄膜更好的结晶生长进而提高器件阻变性能,最终确定掺杂0.5%、300℃退火条件下器件具有最温和的阻变过程,成功将器件的数据耐久测试循环次数提高到5000次,数据保持时间提高到10~4s以上,具有优良的阻变性能。掺杂的Ca2+离子在阻变材料中形成导电细丝,显著提高器件的电阻转变性能,通过AFM电流测试进一步验证是Ca2+离子导电细丝引起了电阻转变。此外,还研究了Na+掺杂对器件阻变性能的影响,对比器件掺杂前后的阻变性能,发现Na+掺杂成功提高了器件的耐久特性(Endurance)和保持特性(Retention)。研究结果表明,Sn S2薄膜是有潜力的RRAM二维介质材料,在阻变存储领域有巨大的应用前景。
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