掺杂γ-Fe_2O_3纳米微粒HfO_x薄膜的存储特性

【摘要】现代信息技术的快速发展,对新一代非易失性存储器提出了更大存储密度,器件尺寸更小化,更快读/写速度等新要求。自从20世纪60年代氧化物薄膜电阻开关特性发现至今,基于金属-绝缘体-金属结构的氧化物薄膜阻变随机存储器凭借存储速度快、功耗低、结构简单、可高密度集成等优点迅速成为除铁电随机存储器、磁电阻随机存储器和相变随机存储器外的另一种新型快闪存储器件。最新研究发现HfOx薄膜和γ-Fe2O3颗粒薄膜都具有一定的电阻开关特性,但前者高/低电阻比有待提高,而后者的稳定性又差强人意。本文结合射频磁控溅射和滴涂法在镀Pt的p-Si(100)衬底上制备了HfOx薄膜/γ-Fe2O3纳米微粒/HfOx薄膜三明治电容器结构。SEM,XRD和XPS观测分析表明：实验制备的Fe2O3纳米微粒为单纯的γ相晶粒,无其它杂相,平均粒径约为34.3nm;HfOx薄膜为氧配比不足的单斜相多晶薄膜。电流-电压(I-V)特性测试表明：掺杂γ-Fe2O3纳米微粒HfOx薄膜具有显著的双极型电阻开关特性：在-0.8V读取电压下,高/低电阻态阻值平均比值约为18.7,该比值可稳定维持>100个循环周期,表现出良好的稳定性。利用指数定律拟合实验曲线结果表明：高阻态漏电流以缺陷主导的空间电荷限制隧穿电流为主；而低阻态则以欧姆接触电导为主。Ag上电极与HfOx界面层处氧离子的定向漂移使得薄膜中氧空位缺陷形成的导电细丝通道周期性地导通与截断,从而使得薄膜呈现电阻开关效应。电容-电压(C-V)特性曲线测试表明：掺杂γ-Fe2O3纳米微粒后,HfOx薄膜具有顺时针的C-V滞后回线,滞后回线窗口宽度与电极面积和扫描电压有关：在+4V栅极电压循环扫描下,电极直径为0.1mm的样品可获得0.39V的电荷存储窗口宽度,对应1.18×1010/cm2的电荷存储密度。磁性测量发现：掺杂γ-Fe2O3纳米微粒后,HfOx薄膜由抗磁性变为类铁磁性,并表现出一定的磁矩各向异性,但并未观测到典型的铁磁性磁滞回线。掺杂γ-Fe2O3纳米微粒HfOx薄膜在电阻开关存储,电荷存储以及磁存储方面的优良特性,初步显示出其在磁/电多功能存储器件开发方面的应用前景。
【作者】刘志江；
【导师】邱晓燕；
【作者基本信息】西南大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】存储特性；HfO_x薄膜；γ-Fe2O3纳米微粒；

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