HfO_x缓冲层对γ-Fe_2O_3纳米微粒膜电阻开关特性的影响

本文利用射频磁控溅射和滴涂法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了HfOx/γ-Fe2O3/HfOx三明治结构,研究了HfOx缓冲层对γ-Fe2O3纳米微粒薄膜电阻开关特性的影响.微结构观测分析结果显示:γ-Fe2O3纳米微粒平均粒径约为34.3 nm,HfOx缓冲层为氧配比不足的单斜相多晶薄膜.电学性能测试表明:插入HfOx缓冲层后,γ-Fe2O3纳米微粒薄膜的电阻开关特性明显改善:在-0.8 V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.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缓冲层界面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.     

氧分压对 NiOx 薄膜微结构和电阻开关特性的影响

利用磁控溅射方法在镀Pt的Si（100）衬底上沉积制备NiO x 薄膜,研究了氧分压对薄膜微结构和电阻开关特性的影响．微结构观测分析结果表明：在20％氧分压下,可获得沿[200]晶向择优生长的N iO x 多晶薄膜,薄膜表面平整致密,晶粒平均直径约为13.8 nm ,垂直衬底生长形成柱状晶粒结构．磁性测试结果显示薄膜具有典型的铁磁性磁化曲线,但薄膜饱和磁矩随着氧分压增加急剧降低．电学测试结果表明20％氧分压氛围下沉积制备薄膜样品的电流电压曲线呈现出典型的双极性电阻开关特性：在－0.6 V读取电压下,可获得大于10的高／低电阻态阻值比．指数定律拟合电流电压实验曲线表明：薄膜低电阻态漏电流为欧姆接触电导;而薄膜处于高电阻态时,低电压下的漏电流仍以欧姆接触电导为主,高电压下则以缺陷主导的空间电荷限制电流为主．     

金属基底层上NiO(111)外延薄膜的变温电阻开关特性与隧穿机制

利用射频磁控溅射方法在Pt层上制备了沿111晶向外延生长的NiO薄膜,研究了其晶体微结构和变温电阻开关特性.微结构观测分析发现, NiO(111)薄膜与Pt层满足"立方-立方"晶格生长关系.在周期性外电场作用下,薄膜中氧空位的定向漂移和电极附近银离子的氧化还原反应相互促进,使得在较低的翻转电压下即可在薄膜中形成周期性导通/截断的氧空位导电丝通道,从而使得Ag/NiO(111)/Pt存储单元在室温至80°C测试温度范围里的电流-电压曲线均呈现稳定的双极性电阻开关特性.运用Arrhenius作图法以及肖特基热激发隧穿公式拟合薄膜高阻态电流-温度曲线符合线性关系,表明薄膜高阻态漏电流符合肖特基热激发隧穿机制.     

电子从〈100〉和〈111〉晶向硅隧穿超薄快速热氮化SiO_2 膜(英文)

用卤素 -钨灯作辐射热源快速热氮化 (RTN) ,在〈10 0〉和〈111〉晶向Si衬底上制备了Si_SiOxNy_Al电容 ,并测量了由低场到F_N隧穿电场范围的电子从N型Si积累层到超薄SiOxNy 膜的电流传输特性 .测量结果说明 ,两种不同晶向的低场漏电流没有多大区别 ,而在高场范围对〈10 0〉晶向电容结构的F_N隧穿电流要比〈111〉晶向电容结构的F_N隧穿电流显著增加 ,并对实验结果作了初步讨论     

Electron Tunneling from the 〈100〉 and 〈111〉 Oriented Si into the Ultrathin Rapid Thermal Nitrided SiO2 Films

用卤素-钨灯作辐射热源快速热氮化(RTN),在〈100〉和〈111〉晶向Si衬底上制备了SiSiOxNyAl电容,并测量了由低场到FN隧穿电场范围的电子从N型Si积累层到超薄SiOxNy膜的电流传输特性.测量结果说明,两种不同晶向的低场漏电流没有多大区别,而在高场范围对〈100〉晶向电容结构的FN隧穿电流要比〈111〉晶向电容结构的FN隧穿电流显著增加,并对实验结果作了初步讨论.     

电子从〈100〉和〈111〉晶向硅隧穿超薄快速热氮化SiO2膜

用卤素－钨灯作辐射热源快速热氮化（RTN）,在＜100＞和＜111＞晶向Si衬底上制备了Si-SiOxNyAl电容,并测量了由低场到F－N隧穿电场范围的电子从N型Si积累层到超薄SiOxNy膜的电流传输特性。测量结果说明,两种不同晶向的低场漏电流没有多大区别,而在高场范围对＜100＞晶向电容结构的F－N隧穿电流要比＜111＞晶向电容结构的F－N隧穿电流显著增加,并对实验结果作了初步讨论。     

一种新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管

针对隧穿场效应晶体管开态电流较低的问题,提出了一种新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管结构,并对其性能进行了研究。在该结构中,沟道和漏区采用具有相同掺杂浓度的N型InGaAs材料,实现沟道/漏区无结化,简化了制造工艺;同时为了提高开态隧穿电流,源区采用不同于沟道的P型GaAsSb材料,实现异质源区/沟道结构。该结构能有效增大关态隧穿势垒宽度,降低泄漏电流,同时增加开态带带隧穿概率,提升开态电流,从而获得低亚阈值斜率和高开关比。仿真结果表明,在0.4V工作电压下,该新型GaAs基无漏结隧穿场效应晶体管的开态电流为3.66mA,关态电流为4.35×10~(-13) A,开关电流比高达10~(10),平均亚阈值斜率为27mV/dec,漏致势垒降低效应值为126。     

扫描电压幅值调控循环方向的NiO_x薄膜电阻开关特性

本文利用射频磁控溅射方法在优化制备条件下沉积制备了沿[200]晶向择优取向的多晶Ni Ox薄膜.Ag/Ni Ox/Pt电容器结构的电流-电压曲线具有典型的双极性电阻开关特性,但循环方向与扫描电压幅值有关:当最大扫描电压小于2 V时,电流-电压曲线沿逆时针方向循环,高/低电阻值比大于50,可稳定维持超过50个循环周期.当最大扫描电压增大到2 V,电流-电压曲线变为沿顺时针方向循环,高/低电阻值比大于10,可稳定维持超过120个循环周期.电流-电压曲线循环方向随扫描电压幅值的改变揭示了其不同的电阻开关物理机制:低扫描电压下逆时针循环电阻开关特性主要归因于电场作用下氧离子定向漂移导致氧空位形成的导电细丝通道周期性地导通和截断;当最大扫描电压增加到2 V时,银离子扩散进入Ni Ox薄膜与定向漂移的氧离子发生氧化/还原反应合成/分解Ag Ox,使得薄膜导电性周期性地增大和减小,从而使得Ni Ox薄膜具有了顺时针循环电阻开关特性.     

溶液法制备ZnO纳米微粒薄膜的低压电阻开关特性

电阻开关随机存储器是一种有望应用于下一代非易失性存储器的新型存储器件,而ZnO是一种可应用于低电压低能耗电阻开关随机存储器的过渡金属氧化物.我们利用溶液法在40°C低温下制备获得粒径约为7–10 nm的ZnO纳米微粒,然后在优化制备条件下旋涂获得表面平整致密的n型ZnO纳米微粒薄膜.利用紫外-可见光吸收谱推算出ZnO纳米微粒薄膜的光学带隙宽度约为3.34 eV.ITO/ZnO/Al电容器结构的电流-电压曲线具有优良的双极性电阻开关特性:置/复位电压低至±0.2 V;在0.18 V的读取电压下可获得大于100的高/低电阻值比.电场作用下薄膜中ZnO分子发生电化学还原/氧化反应,导致薄膜中富余Zn原子组成的导电细丝周期性导通/截断,从而使得ZnO薄膜表现出电阻开关特性.     

溶液法制备ZnO多晶薄膜电阻开关耐受性衰退物理机制

利用溶液法制备出平整致密的ZnO多晶薄膜,微结构观测分析表明ZnO晶粒为六方纤锌矿结构,平均粒径约为23.7 nm,由薄膜样品的紫外-可见光吸收谱计算出其光学带隙宽度约为3.3 eV. Ag/ZnO/ITO三明治结构单元的电流-电压曲线呈现出稳定的双极性电阻开关特性:置/复位电压小于±0.4 V,在-0.1 V的读取电压下可获得10~3–10~4的高/低电阻值比,明显优于类似溶液法制备ZnO薄膜的电阻开关性能.然而,在周期性电场力作用下,ZnO多晶薄膜内定向漂移的自由氧离子逐渐被晶格氧空位捕获成为不可移动的晶格氧原子.膜内氧空位缺陷浓度的逐渐降低导致膜内氧空位导电细丝通道越来越细,器件无法长时间维持稳定的低电阻态.因此,随着循环周期数的增加,器件的低电阻态逐渐向高电阻态衰退,直至电阻开关窗口消失.     

Si_（83）Ge_（17）/Si压应变衬底上HfAlO_x栅介质薄膜微结构、界面反应和介电性能研究

本文研究了射频磁控溅射沉积在p-Si83Ge17/Si（100）压应变衬底上HfAlOx栅介质薄膜的微结构及其界面反应,表征了其各项电学性能,并与相同制备条件下沉积在p-Si（100）衬底上薄膜的电学性能进行了对比研究.高分辨透射电子显微镜观测与X射线光电子能谱深度剖析表明600°C高温退火处理后,HfAlOx薄膜仍保持非晶态,但HfOx纳米微粒从薄膜中分离析出,并与扩散进入膜内的Ge,Si原子发生界面反应生成了富含Ge原子的HfSiOx和HfSix的混合界面层.相比在相同制备条件下沉积在Si（100）衬底上的薄膜样品,Si83Ge17/Si（100）衬底上薄膜的电学性能大幅提高：薄膜累积态电容增加,有效介电常数增大（～17.1）,平带电压减小,？1V栅电压下漏电流密度J减小至1.96×10？5A/cm2,但电容-电压滞后回线有所增大.Si83Ge17应变层抑制了低介电常数SiO2界面层的形成,从而改善了薄膜大部分电学性能;但混合界面层中的缺陷导致薄膜界面捕获电荷有所增加.     

空穴型Si/SiGe共振隧穿二极管及其直流参数提取

共振隧穿二极管因其特有的负微分电阻特性,成为一种很有前途的基于能带工程的异质结构量子器件.采用超高真空外延技术,以p型重掺杂硅为衬底生长出以4 nm厚Si0.6Ge0.4层为空穴量子阱、以4 nm厚Si层为空穴势垒的双势垒单量子阱结构.然后用常规半导体器件工艺制成了空穴型共振隧穿二极管.在室温下对面积为8 μm×8 μm的共振隧穿二极管进行测量,其峰值电流密度为45.92 kA/cm2, 电流峰谷比为2.21. 根据测量得到的电流电压特性考虑串联电阻的影响,提取出共振隧穿二极管的直流参数.可以利用这些参数将共振隧穿二极管的直流模型加入SPICE电路模拟软件器中进行共振隧穿二极管电路设计.     

铜纳米颗粒对氧化铪/氧化锌双介质层阻变特性的影响

通过微电子加工工艺制备了具有Ti/HfO_x:Cu NPs/ZnO/ITO结构的阻变存储器,研究铜纳米颗粒对器件阻变性能的影响. 研究表明,铜纳米颗粒不仅使器件操作电压减小、并且更加均一,而且增大了器件高低阻态的电阻值比（开关比）,高、低阻态电阻值更加稳定,表现出优异的耐擦写特性. 纳米颗粒的引入还使低阻态的导电由普尔-法兰克发射机制主导转变为欧姆导电细丝主导. 进一步研究发现,纳米颗粒增强了局部电场,不仅保证了较小电压下可产生更多的氧空位,还限定了导电细丝的位置. 此外,铜纳米颗粒有利于降低器件操作电压并提高其均一性,有助于提高阻态电阻值的稳定性.     

考虑可移动电荷的双栅隧穿场效应晶体管电流模型

为了解决隧穿场效应晶体管(TFET)在强反型区表面势和漏电流精度下降的问题,建立了一种考虑可移动电荷影响的双栅TFET电流模型。首先求解考虑可移动电荷贡献的二维电势泊松方程,推导出表面势、电场的解析表达式;然后利用求得的电场表达式和Kane模型得到载流子的隧穿产生率;最后利用切线近似法计算隧穿产生率在隧穿区域的积分,建立了漏电流的简洁解析模型。利用器件数值仿真软件Sentaurus在不同器件参数下对所建模型进行了验证,仿真结果表明:考虑可移动电荷的影响能够提高强反型区漏电流模型的精度;在相同器件参数条件下,考虑可移动电荷的模型比忽略可移动电荷的模型精度提高了20%以上。     

烧结条件对Co_2O_3掺杂ZnO基陶瓷压敏电阻电性能的影响

利用固相反应法制备Co2O3掺杂Zn O-Bi2O3-Ti O2-Mn O2系低压压敏陶瓷,系统研究掺杂量、烧结温度和时间对压敏陶瓷结构、压敏电压梯度、漏电流密度和非线性系数的影响.结果表明:Co2O3掺杂量摩尔分数为1.0%,烧结温度为1 200℃,烧结时间为5 h时过压保护综合性能最好,其压敏电压梯度为17.1 V/mm,非线性系数为15.7,漏电流密度为0.34μA/mm2;Zn O压敏陶瓷电阻由晶粒界面电阻和晶粒内禀电阻组成,当外加电压低于临界电压时,陶瓷样品表现为大电阻,且电压对电阻影响不明显,约为7×104Ω,主要由界面电阻贡献;当外加电压高于压敏临界电压时,界面被击穿,陶瓷样品电阻突然减小至~10Ω,表现为晶粒内禀电阻特性.1     

氧化钽/氧化铝薄膜的阻变特性和突触特性

通过微电子加工工艺,制备出具有ITO/TaO_x/AlO_x/Ti结构的双介质层阻变存储器.器件中引入的氧化铝介质层有效地减小了器件的运行电流,降低了高/低阻态间切换所需的功耗,并增大了高/低阻态电阻比值.研究表明,器件的高低态电阻与其切换电压均有良好的稳定性和均匀性,且器件表现出可靠的擦写性能与保持性能.进一步研究表明,器件高阻态导电受肖特基发射机制主导,低阻态导电受空间电荷限制机制主导.器件还具有连续可调的电阻渐变行为,利用反复电脉冲刺激下的器件电阻变化来表征突触的权值,可以模拟突触行为.     

高k栅栈MOSFET共振隧穿模型

针对高介电常数（k）栅堆栈金属氧化物场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）实际结构,建立了入射电子与界面缺陷共振高k栅栈结构共振隧穿模型.通过薛定谔方程和泊松方程求SiO2和高k界面束缚态波函数,利用横向共振法到共振本征态,采用量子力转移矩阵法求共振隧穿系数,模拟到栅隧穿电流密度与文献中实验结果一致.讨论了高k栅几种介质材料和栅电极材料及其界面层（IL）厚度、高k层（HK）厚度对共振隧穿系数影响.结果表明,随着HfO2和Al2O3厚度减小,栅栈结构共振隧穿系数减小,共振峰减少.随着La2O3厚度减小,共振峰减少,共振隧穿系数却增大.随着SiO2厚度增大,HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈结构共振隧穿系数都减小,共振峰都减少.TiN栅电极HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈比相应多晶硅栅电极栅栈结构共振隧穿系数小很多,共振峰少.     

非对称性隧穿电容单电子器件模型与模拟

在基于单电子晶体管的半经典理论和主方程模型的基础上,提出了一种采用非对称隧穿电容设计的单电子晶体管,并用计算机模拟了对称结构的单电子晶体管和非对称隧穿电容(电阻)结构单电子晶体管的特性.模拟结果表明,用主方程法模拟非对称隧穿电容(电阻)结构设计的晶体管,其伏安特性曲线除仍保留对称结构具有的周期性以外,还具有正弦态、电阻态、方波态、截止态四种形态.其性能也有差异.     

Al2O3/HfO2薄膜多值阻变存储特性

采用磁控溅射和金属剥离工艺制备了结构为p-Si/HfO2/Ti和p-Si/HfO2/Al2O3/Ti的阻变存储器。两器件均表现出双极性电阻转变特性。插入的Al2O3层使得高阻态导电机制从空间电荷限制电流导电向肖特基发射控制导电转变,器件高低阻态阻值比从~61倍提高到了惊人的2.15×10^8倍。通过限制set电流的方式实现了多值存储,器件的四个阻态都能够非常稳定地在85 ℃高温下保持10^4 s,有利于多值存储的实际应用。     

基于硅纳米线缺陷辅助隧穿肖特基二极管研究

介绍了铂（Pt）/p型硅纳米线（p-SiNWs）肖特基二极管的制备方法,在300~370 K温度范围内,测量了Pt/p-SiNWs肖特基二极管I-V特性.根据热发射（TE）、产生-复合（GR）,隧穿（TU）和漏电流（RL）理论模型,拟合了肖特基二极管电流传输机制,拟合结果说明Pt/p-SiNWs肖特基二极管中电流传输机制为缺陷辅助隧穿机制.此外,根据实验数据计算了肖特基二极管主要特征参数,二极管理想因子n随温度升高而减小,势垒高度Φb0随温度升高而增加,并且隧穿参数E0不随温度而变化.