厚度对Cu/HfO₂/ITO器件阻变特性的影响

摘要

采用直流磁控溅射方法，通过调节溅射时间研究二氧化铪（HfO₂）功能层的厚度对Cu/HfO₂/ITO器件阻变性能的影响。利用X射线衍射技术测试了所制备的HfO₂薄膜的晶体结构，实验结果表明，随着厚度的增加，HfO₂薄膜的衍射峰的强度增加。利用X射线光电子能谱对12 nm厚的HfO₂薄膜进行了成分和价态分析，证实所制备的HfO₂薄膜中的Hf为+4价。通过对Cu/HfO₂/ITO器件进行I-V特性测试，发现3种功能层厚度不同的Cu/HfO₂/ITO器件都属于双极转变，且都需无进行初始化操作；对Cu/HfO₂/ITO器件进行循环耐受性测试，器件经过60次循环后仍能保持良好的开关特性；对Cu/HfO₂/ITO器件的稳定性进行分析，随着厚度的增加，R_HRS与R_LRS的离散系数增加，器件的稳定性降低，功能层厚度约为12 nm的Cu/HfO₂/ITO器件稳定性最佳。对功能层厚度约为12 nm的Cu/HfO₂/ITO器件的I-V曲线进行双对数拟合，拟合结果表明，器件在低电阻状态（LRS）时符合欧姆传导机制，在高电阻状态（HRS）时符合空间电荷限制电流传导机制。通过设置功能层厚度约为12 nm的Cu/HfO₂/ITO器件的SET限制电流，表明器件具有多值存储的应用潜力。研究结果表明，通过调整功能层HfO₂厚度有利于提高Cu/HfO₂/ITO的阻变性能。

关键词

二氧化铪薄膜 / 薄膜厚度 / 阻变特性 / 磁控溅射 / 传导机制

基金资助

广西自然科学基金(2023GXNSFAA026382); 广西科技计划项目(AB22080062); GDAS科技发展项目(2021GDASYL-20210102011); 广西信息材料重点实验室基金(221009-Z)