自整流电致阻变异质结的制备与性能研究

采用磁控溅射和溶胶-凝胶工艺，在Pt衬底制备具有单极电阻开关效应的n型ZnO和p型ZnMn2O4、Bi4Ti3O12电致阻变薄膜和具有自整流特性的Pt/p-ZnMn2O4/n-ZnO/Pt、Pt/p-Bi4Ti3O12/n-ZnO/Pt结构电致阻变异质结。通过对两种不同组合自整流阻变异质结薄膜材料微观结构、界面特性、整流特性、阻变特性及半导体工艺兼容性的系统实验和理论分析，研究掺杂、制备工艺和器件结构对异质结薄膜生长质量、相结构、载流子浓度、迁移率、I-V特性、开/关电阻比、开关循环次数、电阻保持能力等的影响规律，探索阻变异质结的整流机制、电致阻变机制和存储机理，获得具有高开/关电流比（>10^3）、长开关循环（>10^4）和阻变存储特性的自整流电致阻变异质结，有效地抑制1R结构电致阻变存储阵列中的串扰问题，为新型RREM的制备及其在1R结构存储阵列中的应用提供实验依据和理论参考。

非挥发性存储器是信息处理的关键器件和影响信息处理系统发展的重要制约因素，本项目针对新型非挥发性存储器——阻变存储器(RRAM) 中阻变材料性能和1R结构存在串扰等问题，采用溶胶-凝胶、磁控溅射等工艺，分别在ITO、p-Si等衬底制备了具有电阻开关效应的Mg掺杂ZnO薄膜、Ce掺杂Bi4Ti3O12薄膜、ZnMnO3薄膜、ZnMn2O4陶瓷及其Cu、Fe掺杂薄膜、BMI/MMA共聚物薄膜，以及Ag/ MgxZn1-xO/ITO、Ag/ZnMn2O4/p-Si、Ag/Bi4Ti3O12/ZnO/ITO等不同阻变薄膜材料及不同上、下电极构成的Top-electrode/阻变薄膜/Bottom-electrode结构异质结。研究了制备工艺方法及条件、掺杂等对上述材料微观结构、相组成、介电性能、阻变特性等的影响，研究了ITO、p-Si和Pt等不同衬底电极及其异质结钩对薄膜生长质量、载流子浓度、迁移率和异质结I-V特性、开/关电阻比、开关循环次数、电阻保持能力等的影响规律，探索了相关薄膜阻变异质结的整流机制、电致阻变机制和存储机理，所制备薄膜的无疲劳开关循环次数达到103，Ce掺杂Bi4Ti3O12薄膜的开/关电流比超过104，Ag/Bi4Ti3O12/ ZnO/ITO、金属/PMMA-PEI/ITO等结构异质结还呈现一定的整流特性，可为新型RRAM的制备及其在1R结构存储阵列中的应用提供有意义的实验依据和理论参考。