以射頻磁控濺鍍法製作LaGdO3薄膜及其於透明微電子電路之應用

Abstract

本研究利用射頻磁控濺鍍法(RF sputtering)在ITO玻璃基板上製作LaGdO3薄膜，並利用電子束蒸鍍法製作Al金屬作為上電極，使元件結構成為MIM(Metal - Insulator - Metal)電容。整個實驗分為兩主軸方向，分別是介電材料之應用以及電阻式記憶體之研究。在介電薄膜之研究方面分為三大部分，第一個部分為探討LaGdO3介電薄膜在不同基板溫度下製作之物性與電性分析。根據實驗結果發現，LaGdO3薄膜在基板溫度400℃時有最佳的膜厚均勻性，以及較佳的介電特性，接著我們比較電極退火與否對於電特性之影響，由TEM微結構分析中發現，在電極退火200℃時，在電極與介電薄膜間出現明顯的氧化鋁層，而此氧化鋁層的出現會使得元件整體電容值下降，因此，我們選擇了電極未退火處理來做為後續研究之參數。 在第二部分的實驗中，我們探討了不同退火溫度對於LaGdO3薄膜之物性及電性影響。根據實驗結果，在不同的退火溫度下，LaGdO3薄膜皆呈現結晶態，而在退火500℃時得到較平滑之表面(Rrms：3 87nm)、在可見光波段之光學穿透率約為80%、在頻率1 MHz時的電容密度約為0 42 μF/cm2 (k~23 9)、介電損耗則是0 85、漏電流密度約在10-8 A/cm2(外加偏壓15 V時)。在漏電流機制分析中發現，在中段電場時符合普爾-法蘭克發射機制，較高電場時則符合蕭特基發射機制，不同退火溫度的光學能隙皆約為5 85 eV。此外，我們亦建立了等效電路模型來描述我們所製作的MIM電容器。 在第三個部份的實驗中，我們探討了不同退火氣氛對於LaGdO3薄膜之物性及電特性影響。於實驗結果中發現，在氮氫氣氛下(95% N2+5% H2)退火，有較為平滑表面(Rrms：3 83)，在可見光波段穿透率約為80%，除此之外，擁有較佳的介電特性，在頻率1 MHz下，電容密度為0 51 μF/cm2、介電損耗值為0 24，亦可以利用Goswami-Goswami等效電路模型來描述。在漏電流分析的部分，因為較多氧空缺之影響，於外加偏壓10 V時約為10-4 A/cm2。 在另一個主軸，電阻式記憶體的研究部分，我們以Al/LaGdO3/ITO/glass此結構，製作電阻式記憶體，發現在限制電流0 01 A時，具有單極性之電阻轉換特性，有四個數量級以上的開關比(on/off ratio)，在漏電流機制分析方面，此單極性轉換之電阻式記憶體在低阻態時是歐姆傳導機制、高阻態則是空間電荷傳導機制。

Date of Award	2016 Aug 5
Original language	Chinese
Supervisor	Cheng-Liang Huang (Supervisor)