BaTiO3-ZnO外延異質結的生長和電學性質.pdf

1、當今世界信息技術的快速發展是離不開非易失性存儲器件性能的不斷提高的。為了獲得性能更加優異的存儲器，大量的研究者都在找尋常規存儲器的替代品。在研究中發現，許多氧化物材料中都存在著電阻開關的現象，大部分都具有能夠應用于非易失性阻變存儲器(ReRAM)中的潛能。其中傳統的非易失性存儲器的機制可以分為兩類，一類是離子機制，而另一類是電子機制，和離子機制相比較，電子機制的阻變效應占據著主要的位置。但是一般的電阻開關的電子機制都與器件的缺陷有關，然

2、而缺陷是不容易控制的，這也是傳統的阻變開關材料沒有實現廣泛商用的原因之一。鐵電/半導體異質結構在近年來是一個熱門的器件結構應用，它不僅擁有界面效應而且還具有可調節的光子帶隙，因此，此結構的設計和研究逐漸成為一個新的熱點。異質結中所包含的半導體材料的自發晶格偏振為鐵電狀態的變化提供了一個附加的自由度。在近幾年，鐵電/半導體異質結作為一種電阻開關器件已經被發現擁有巨大的開關比，其主要原因是它的勢壘高度和寬度是可以同時調節的。憶阻器可以由多種

3、材料以及多種的結構來構成，而一個典型的憶阻器是由類電容或平行的金屬-氧化物-金屬（MIM）結構組成的。BaTiO3是一種典型的鐵電材料，而ZnO是一種典型的半導體材料，它與BaTiO3的晶格失配是比較小的，小于2％，因此 BaTiO3/ZnO外延結構是可以實現的。在本文中，我們是采用脈沖激光沉積（PLD）系統來制備BaTiO3/ZnO外延異質結的。
　　在本文中我們先是分別利用四個不同取向（ACMR）的sapphire襯底制備了不

4、同取向的 ZnO外延薄膜，并進一步表征了它們的特性。然后我們探究了用脈沖激光沉積系統制備BaTiO3/ZnO外延異質結的條件，通過樣品的制備我們發現在極性面的ZnO薄膜上較為容易形成BaTiO3/ZnO外延異質結，而在非極性面的ZnO薄膜制備較為困難。我們通過濺射工藝在樣品上制備上、下電極以便進行電學測試，其結構為Au/BaTiO3/(Au)ZnO/Sapphire(ACMR)。之后利用Keithley2400對器件進行I-V掃描，發現

5、不同襯底上用相同條件制備的器件所表現的I-V特性是有所不同的，我們利用肖特基熱電子發射模型分別來擬合它們的IV曲線算取有效勢壘高度，勢壘高度的不同正是導致出現不同現象的原因所在。而且我們還發現在相同襯底上（A面sapphire）用不同激光能量制備的樣品的電壓-電流響應也是不同的，低激光能量條件下制備的樣品表現了雙極性的阻變現象而高能量條件下制備的樣品表現的則是整流現象。由樣品的 C-V測試及界面態理論，可得知我們樣品的界面屬于施主型界面