探討退火條件對Gd2O3/Si異質接面整流特性的影響以應用於電阻式記憶體

Translated title of the thesis: The Effect of Annealing Conditions on the Rectification of Gd2O3/Si Heterojunction for Resistive Random Access Memory Application
  • 吳 春香

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究利用射頻磁控濺鍍法在Si基板上沉積Gd2O3薄膜並利用電子束蒸鍍法鍍製不同金屬做為上電極,形成金屬-介電-半導體(MIS)結構。本實驗分成三部分,第一部分探討Gd2O3薄膜在不同退火溫度及氣氛下的物理特性。由實驗可知,與空氣退火相比,薄膜在氮氫混合氣氛下退火能夠產生較多氧空缺,且由XPS可驗證隨著退火溫度升高,非晶格氧的特徵峰訊號增強並往高束縛能偏移。本實驗中,Gd2O3薄膜具有n型半導性,並且在氮氫退火800oC時載子濃度最高。TEM橫截面影像發現Al/Gd2O3與Gd2O3/Si界面皆有一層氧化層,且在氮氫退火後Gd2O3/Si界面層厚度會明顯增加。 第二部分探討的是不同退火溫度對Al/Gd2O3/Si異質接面整流特性的影響。根據實驗結果,Al/Gd2O3/Si在經過氮氫退火(600-900oC)之後皆具有整流的效果,然而經過理想因子的計算過後,得知氮氫800oC下的接面性質較符合理想二極體,元件的整流的特性由p-n接面主導。另外,探討不同上電極(Al、Ti、Cr及Au)對電性的影響時,可以發現?函數小的金屬材料具有較大的漏電流,且皆具有整流特性,並且除了Ti上電極,其他金屬的整流特性都由p-n接面所主導。 最後將探討Metal/Gd2O3/Si元件的電阻轉換特性,由實驗結果得知,經過氮氫800oC退火處理後,元件具有較佳的電阻轉換特性,足夠的氧空缺使得薄膜更容易形成導電路徑,使得所需要的操作電壓降低,並且開關比在-0 5V下可達到104。同樣選擇上電極?函數小者,界面處形成的能障較小,可在相對較小的電壓下作電阻的切換。
Date of Award2014 Aug 20
Original languageChinese
SupervisorCheng-Liang Huang (Supervisor)

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