《NiO基透明同_异质结的组建及其阻变特性研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NiO基透明同_异质结的组建及其阻变特性研究（学位论文-工学）（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、硕 士 学 位 论 文NiO 基 透 明 同 /异 质 结 的 组 建 及 其 阻 变 特 性 研 究学 科 、 专 业 ： 微 电 子 学与固体电子学研 究 方 向 ： 阻 变 式 存 储申 请 学 位 类 别 ： 理 学 硕 士申 请 人 ： 赵 志 娟指 导 教 师 ： 张 伟 风 教 授二 一 三 年 五 月单位代码 10475学 号 104753101034分 类 号 O472.4Study on the Fabrication of the TransparentHomojunction/Heterojunction and Resistance SwitchingProperti
2、es of NiOA Dissertation Submitted toThe Graduate School of Henan Universityin Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree ofMaster of ScienceByZhijuan ZhaoSupervisor: Pro. Weifeng ZhangDate 2013.05摘 要NiO 是 一 种 典 型 的 p 型 半 导 体 ， 具 有 良 好 的 光 学 及 电 学 特 性 。 NiO 同 时 是 现 在 应 用于 阻 变 存 储 器 RRAM 研
3、究 比 较 热 门 的 材 料 。 ZnO 也是一种重要的第三代宽带隙半导体光电材料，是制备蓝紫光光电器件最有前景的材料之一，可与 NiO 构 成 异 质 结 应 用 于光 电 器 件 。阻 变 存 储 器 作 为 新 型 非 挥 发 存 储 器 的 一 种 ， 因 其 结 构 简 单 ， 集 成 密 度 高 ， 功 耗 低 以及 与 传 统 CMOS 工 艺 兼 容 等 优 越 的 特 点 ， 被 认 为 是 替 代 传 统 非 挥 发 性 存 储 器 最 具 竞 争力 的 候 选 对 象 。 然 而 ， RRAM 的 阻 变 机 制 一直存在争议。目前大 部 分 的 研 究 都 集 中 在
4、物 理 机 制 的 探 索 上 。本 文 围 绕 NiO 半导体材料展开一系列基础研究，主要工作如下：脉 冲 激 光 沉 积 （ PLD） 方 法 在 石 英 衬 底 上 不 同 氧 压 下 生 长 NiO 薄 膜 ， 霍 尔 效 应 及 金半 接 触 I-V 测 量 结 果 表 明 ， 氧 压 的 高 低 强 烈 影 响 着 NiO 薄 膜 的 导 电 类 型 。 极 低 氧 压 下 ，由 于 氧 原 子 的 解 离 ， 导 致 Ni： O1， Ni 金 属 原 子 富 余 ， 电 子 浓 度 高 于 空 穴 浓 度 ， NiO薄 膜 导 电 类 型 由 众 所 周 知 的 p 型 转 变
5、为 n 型 。 光 学 透 射 谱 测 得 p-NiO 薄 膜 的 可 见 光 区 平均 透 过 率 分 别 为 74%、 81%， 进 一 步 证 实 了 n-NiO 薄 膜 中 Ni 金属原子的富余，导致了透 过 率 的 降 低 。 在 调 控 氧 压 制 备 出 两 种 导 电 类 型 NiO 薄 膜 的 基 础 上 ， 我 们 进 一 步 在 ITO衬底上制备了 n-NiO/p-NiO 同质结。I -V 测试表明该器件具有较好的整流特性，载流子输 运 机 理 符 合 SCLC 模 型 。 可 见 光 区 平 均 透 过 率 达 72%， 适 合 作 为 透 明 电 子 器 件 。脉 冲
6、 激 光 沉 积 方 法 在 石 英 衬 底 上 制 备 出 了 ZnO 薄 膜 ， 并 用 单 晶 作 为 对 比 。 霍 尔 测量 得 到 的 高 的 霍 尔 迁 移 率 及 XRD 图 谱 证 明 我 们 制 备 的 ZnO 薄 膜 结 晶 良 好 ， 具 有 高 度（ 002） 择 优 取 向 。 透 射 谱 表 明 在 可 见 光 区 透 过 率 为 71%。 各 种 表 征 手 段 证 明 了 PLD 法制 备 的 ZnO 薄 膜 主 要 缺 陷 为 Zn 填 隙 （ Zni） ，这为 ZnO 薄 膜 的 应 用 提 供 了 基 础 研 究 。 我们 进 一 步 制 备 了 p-N
7、iO/n-ZnO 异 质 结 并 进 行 了 XRD、 光 学 及 电 学 测 试 。 异 质 结 的 平 均透 过 率 达 到 76%， 展 示 了 很 好 的 透 明 性 。 电 学 测 试 显 示 异 质 结 的 开 启 电 压 Vth 及 击 穿 电压 VB 分 别 为 1.5 V 和 -7 V。 当 反 向 偏 压 在 -2 V -5 V 时 ， 反 向 饱 和 电 流 在 10-5 A 数 量 级 。这 些 表 明 我 们 制 备 的 异 质 结 具 有 优 异 的 整 流 特 性 。 随 后 进 行 了 异 质 结 内 部 载 流 子 输 运 机I理 的 研 究 ， 发 现 异
8、质 结 载 流 子 输 运 符 合 空 间 电 荷 限 制 电 流 理 论 。 我 们 的 工 作 为 未 来 的 透明 电 子 器 件 的 制 备 打 下 了 一 定 的 基 础 。采用脉冲激光沉积方法在商用 ITO 衬 底 上 分 别 沉 积 了 两 种 导 电 类 型 的 NiO 薄 膜 ，并 分 别 在 其 上 沉 积 了 可 以 形 成 肖 特 基 势 垒 的 金 属 电 极 ， 研 究 单 肖 特 基 势 垒 的 阻 变 特 性 。I-V 测 试 曲 线 表 明 W/p-NiO/ITO 结 构 和 Pt/n-NiO/ITO 结 构 都 具 有 单 极 电 阻 开 关 行 为 。 通
9、过 分 析 ， 我 们 猜 想 其 阻 变 机 制 是 由 界 面 势 垒 和 体 内 细 丝 机 制 共 同 决 定 的 。 关 于 电 流 传 导机 制 ， 通 过 拟 合 各 种 曲 线 和 公 式 ， 发 现 他 们 低 阻 态 和 高 阻 态 弱 电 场 下 符 合 欧 姆 传 导 ， 高阻 态 强 电 场 下 符 合 P-F 模 型 。 我 们 进 一 步 测 试 了 n-NiO/p-NiO 同 质 结 结 构 阻 变 性 质 。 未击 穿 前 ， 有 双 极 阻 变 现 象 。 正 向 击 穿 后 ， 发 现 了 异 常 阻 变 现 象 。 猜 想 可 能 是 势 垒 区 对 载
10、流 子 的 捕 获 和 去 捕 获 。 而 体 内 的 各 类 缺 陷 能 级 对 载 流 子 的 捕 获 和 去 捕 获 也 不 容 忽 视 。 综上 分 析 ， 我 们 制 备 的 单 肖 特 基 势 垒 M/NiO/ITO 结 构 和 n-NiO/p-NiO 同 质 结 结 构 的 阻 变现象都可归因于体效应和界面效应共同决定的。关 键 词 ： NiO 薄 膜 ， ZnO 薄膜，同质结，异质结，R RAMIIAbstractNiO is a typical p-type semiconductor with good optical and eletcrical properties.
11、Meanwhile, NiO isa popular material for resistance random access memory research. ZnO is also an important photoelectricmaterial and it has been recognized as one of the most promising materials for blue and ultravioletoptoelectronic devices. ZnO is a suitable material for fabricating NiO-based hete
12、rojunction optoelectronicdevices.Resistive random access memory as a non-volatile memory is expected to be one of the mostcompetitive candidates due to its superior characteristics including simple structure, high densityintegration, low power consumption and good compatibility with conventional CMO
13、S process. However,there exists dispute on the resistive swiching mechanism. At present, most of the studies have been focusedon the exploration of the physical mechanism.This paper developed a series of basic research based on the NiO semiconductor materials. The mainwork is as follows:Undoped NiO
14、thin films were grown on quartz substrates under different oxygen pressure by pulsedlaser deposition. Hall and the I-V measurements of different metal-semiconductor contacts showed that thelevel of oxygen pressure strongly affect the conductivity type of the NiO thin films. Oxygen atoms are easyto d
15、issociate under low oxygen pressure, resulting Ni and O atomic ratio is greater than 1. Ni metal atomsare surplus, causing that the electron concentration is higher than the hole concentration and a conversionof NiO thin films conductivity type is from n-type to p-type. Optical transmission spectros
16、copy indicatedthat the average transmittance of n-type NiO and p-type NiO thin films are 74% and 81%, respectively,IIIwhich further confirmed that the Ni metal atoms are surplus in the NiO thin film and the transmittancedecreases. Based on the fabrication of two type of conductivity NiO films through the regulation of oxygenpressure, we further prepared the n-N
