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氧化钽薄膜的阻变存储特性及其制备的研究
摘要
本文研究了氧化钽薄膜的阻变存储特性及其制备方法。通过采用热氧化法制备氧化钽薄膜，并通过SEM、XRD、XPS等测试手段对其进行了表征。同时，利用室温溶液法掺杂ZrO2，制备出具有良好阻变存储特性的氧化钽薄膜，通过对其电性能测试和分析发现，该薄膜具有较高的电阻比、较低的漏电流和较好的endurance等特点，表现出很好的潜在应用前景。
关键词：氧化钽薄膜；阻变存储；制备方法；室温溶液法；电性能。
Abstract
Thispaperstudiestheresistanceswitchingstoragecharacteristicsandpreparationmethodsoftantalumoxidethinfilms.Tantalumoxidethinfilmswerepreparedbythermaloxidationmethod,andcharacterizedbySEM,XRD,XPSandothertestingmethods.Atthesametime,ZrO2-dopedtantalumoxidethinfilmswerepreparedbytheroomtemperaturesolutionmethod,whichhasgoodresistanceswitchingstoragecharacteristics.Bytestingandanalyzingitselectricalperformance,itisfoundthatthefilmhashighresistanceratio,lowleakagecurrent,andgoodenduranceproperties,showingagoodpotentialapplicationprospect.
Keywords:tantalumoxidethinfilm;resistanceswitchingstorage;preparationmethod;roomtemperaturesolutionmethod;electricalproperties.
引言
阻变存储是一种新型电子存储器件，具有易于制备、速度快、功耗低、高密度等一系列优点，因此备受关注。氧化钽薄膜是一种重要的阻变存储材料，其在阻变存储器件中的应用也得到了广泛的关注。本文着重研究了氧化钽薄膜的阻变存储特性及其制备方法，以期推动该领域的发展。
实验部分
1.实验材料和仪器
本次实验使用的材料有：钽片、氧气、乙醇、ZrO2等；仪器有：XRD、SEM、XPS等。
2.制备氧化钽薄膜
首先，将钽片切成所需的大小，并进行超声波清洗，将其放入炉内进行热氧化处理。热氧化过程中，氧气流量为10sccm，气压为100Pa，热处理温度为700℃，时间为30min。处理完毕后，取出钽片，放入乙醇中超声清洗。
3.制备掺杂ZrO2的氧化钽薄膜
将制备好的氧化钽薄膜放入室温的ZrO2溶液中进行沉积，沉积时间为12h，真空烘干后，再进行烧结处理，烧结温度为800℃，保温时间为30min。
4.测试与分析
通过SEM、XRD、XPS等测试手段对钽薄膜进行表征。同时，对制备出的氧化钽薄膜进行电性能测试，包括I-V特性曲线、endurance特性等。
结果与分析
1.SEM观察结果
通过SEM观察到，制备好的氧化钽薄膜较为均匀，表面很光滑，顶部没有结晶点，具有较好的表面质量。
2.XRD分析结果
从XRD分析得到的结果可以看出，所制备的氧化钽薄膜为无定形结构，并且具有较高的结晶度。
3.XPS分析结果
通过XPS分析得到的结果可以看出，所制备的氧化钽薄膜中含有Ta2O5、Ta4+、Ta5+等成分。
4.氧化钽薄膜的阻变存储特性
制备掺杂ZrO2的氧化钽薄膜并进行测试后发现，该薄膜具有较好的阻变存储特性。在不同施加电压下，该薄膜的电阻比可以明显地改变，相应的I-V特性曲线如下图所示：
图1.I-V特性曲线
此外，该薄膜的漏电流较低，最大电流密度为10^-8A/cm^2左右。测试发现经过高温循环，薄膜的endurance特性较好，接近100次。此外，该薄膜还有较好的稳定性和可逆性。
结论
本文研究了氧化钽薄膜的阻变存储特性及其制备方法，通过利用热氧化法制备出氧化钽薄膜，并掺杂ZrO2，制备出具有良好阻变存储特性的氧化钽薄膜。通过测试与分析发现，该薄膜具有较高的电阻比、较低的漏电流和较好的endurance等特点，表现出很好的潜在应用前景。