Zn_BiFeO_3_Ba...电薄膜制备及其阻变特性研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

目前，互联网时代的飞速发展使得海量的信息数据分析及存储需要更高性能

的硬件支撑，阻变存储器(RRAM)的非易失性存储、功耗低、速度快、结构简单与

半导体先进工艺相适配的优点，将对计算机硬件及人工智能的发展起到重要作用。

铁酸铋(BiFeO，BFO)具有较大的铁电极化，BFO与上下电极的界面势垒受极化的

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调控将改变器件的电阻状态，实现较大的阻变开关效应。因此本文使用溶胶凝胶法

在FTO衬底上制备BFO薄膜，通过Zn的掺杂并与铁电薄膜BaTiO3复合以提高

薄膜的铁电极化特性。同时，与压电纤锌矿结构ZnO形成MFS结构，探究光照对

阻变开关效应的影响。

采用溶胶凝胶法在FTO衬底上制备了不同Zn掺杂比例的BFZO薄膜，Zn的

掺杂使得BFZO晶粒尺寸减小，形成的带电点缺陷与氧空位结合，并抑制Fe价态

的变动，使薄膜漏电流下降，铁电性提升。三明治结构Ag/BFZO/FTO阻变器件随

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着Zn的掺杂，高低阻态开关比不断增大，4%掺杂时达到10，依靠铁电极化调节

界面势垒的同时氧空位也影响了阻变开关效应。高阻态为空间电荷限制电流导电，

低阻态为肖特基热电子发射，FN隧穿及PF发射对高低阻态转变起较大作用。5%

及以上Zn掺杂比例BFZO薄膜将产生副产物，氧空位的增多使导电细丝的形成与

破碎主导阻变开关效应。

通过溶胶凝胶法在FTO及LSMO衬底上制备了BFZO/BTO薄膜，LSMO与

BFZO及BTO薄膜结合较好，并改变了薄膜的择优取向，且BTO与BFZO薄膜之

间的拉伸及压缩应力提升了薄膜的铁电性。Ag/BFZO/BTO/LSMO阻变器件在不同

极性的电压下，通过铁电极化对界面势垒的改变，形成了不同方向的整流二极管效

应，产生了稳定的高低阻态转变，开关比为7500。高阻态为肖特基热电子发射而

低阻态以欧姆导电为主。

通过溶胶凝胶法构建了Ag/BFZO/ZnO/FTOMFS结构，Ag/ZnO/FTO依靠氧空

位陷阱对载流子的俘获及释放改变界面势垒，而Ag/BFZO/ZnO/FTO利用铁电极化

对BFZO/ZnO界面势垒的调控从而实现器件高低阻态转变。365nm紫外光照下，

退极化场使得电子和空穴能更好地分离形成光生电流，在光照下可以实现高阻态

基本不变而低阻态降低，从而使高低阻态开关比增大，为阻变器件的多值存储提供

新的方法。

关键词：BiFeO；溶胶凝胶法；Zn掺杂；铁电复合薄膜；阻变开关效应

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哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

Atpresent,therapiddevelopmentoftheInterneteramakesthemassiveinformation

dataanalysisandstoragerequireshigherperformancehardwaresupport.Theadvantages

ofnon-volatilestorage,lowpowerconsumption,highspeed,simplestructureandad-

vancedsemiconductorprocessadaptabilityofresistivememory(RRAM)willplayan

importantroleinthedevelopmentofcomputerhardwareandartificialintelligence.The

roomtemperatureferroelectricmaterialBiFeO3(BFO)hasalargeintrinsicpolarization,

andcanbeusedfordataretent