硅基外延掺铌钛酸锶薄膜电致电阻的调制机理研究

以钙钛矿氧化物材料为基础制备的电阻存储器具有高存储密度、快速存取等优点，从而在新一代半导体电路中有着潜在的应用前景，是新型存储器研究的热点之一。到目前为止，对于钙钛矿氧化物材料电致电阻调制的机制还没有一个统一的认识。本项目以硅基外延掺铌钛酸锶薄膜的电致电阻效应为主要研究对象，利用激光分子束外延技术，采用不同的工艺条件，制备不同掺杂浓度、不同厚度、不同结构的薄膜材料和异质结；研究其结构特性和电致电阻效应，分析工艺条件和结构对于电致电阻效应的影响并探索其电致电阻调制的机理；在优化工艺条件的基础上制备单元电阻存储器，并对其存储性能进行测试和分析，探索在实际硅集成电路中应用的可行性，为制备新型电阻存储器奠定技术基础。

以钙钛矿氧化物材料为基础制备的电阻存储器具有高存储密度、快速存取等优点，从而在新一代半导体电路中有着潜在的应用前景，是新型存储器研究的热点之一。到目前为止，对于钙钛矿氧化物材料电致电阻调制的机制还没有一个统一的认识。本项目以硅基外延掺铌钛酸锶薄膜的电致电阻效应为主要研究对象，主要研究内容为：.1．利用激光分子束外延技术制备出高质量的硅基外延掺铌钛酸锶薄膜(NbSTO)；.2．通过一系列的研究探讨NbSTO电致电阻效应的调制机理；.3．制备单元电阻存储器，并对其存储性能进行测试和分析。..通过三年来的研究我们主要取得如下成果：.1．通过对于薄膜制备参数(温度、气压、缓冲层、沉积速率)的优化研究发现制备硅基外延NbSTO薄膜的最佳条件为：利用TiN为缓冲层，温度8000C，激光脉冲为4Hz, 能量密度为1.5 J/cm2；.2．通过研究薄膜表面处理、高温退火、 不同电极以及电极面积、点缺陷等因素对于薄膜电致电阻效应的影响，结合NbSTO单晶基片电致电阻效应的变化对NbSTO的电致电阻调制机理进行了探究，初步建立了电致电阻效应调制模型：电致电阻效应主要于薄膜界面点缺陷中的氧空位浓度的变化；.3．研究发现硅基NbSTO外延薄膜具有良好的存储效应：高低电阻比大于2个量级、调制5万次后只有细微的阻值比变化、组态稳定性非常高、还可以多组态存储。..对NbSTO电致电阻效应的调制机理进行了研究，为电致电阻效应的控制提供了理论指导。同时，研究发现硅基NbSTO薄膜具有良好的电致电阻效应，而且结构也与传统的CMOS制备技术相兼容，这为制备新型电阻存储器提供了技术支持。