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溅射功率对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜的影响

张锁良 , 贾长江 , 郝彦磊 , 史守山 , 张二鹏 , 李钗 , 娄建忠 , 刘保亭 , 闫小兵

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法在室温玻璃衬底上成功地制备出了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜.研究了不同溅射功率对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在80~150 W溅射功率范围内In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着溅射功率的增加,生长速率成线性增加,电阻率逐渐降低.透射光谱显示在350 nm附近出现较陡的吸收边缘,说明In-Ga-Zn-O薄膜在以上溅射功率范围内具有良好的薄膜质量.光学禁带宽度随着溅射功率增加而减小.In-Ga-Zn-O薄膜在500~800nm可见光区平均透过率超过90%.

关键词: In-Ga-Zn-O薄膜 , 溅射功率 , 电阻率 , 禁带宽度 , 透过率

含Ti电极的非晶钛酸锶薄膜的阻变开关特性研究

闫小兵 , 史守山 , 贾长江 , 张二鹏 , 李钗 , 李俊颖 , 娄建忠 , 刘保亭

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法制备Ti金属薄膜作为反应电极,结合脉冲激光沉积法在Pt/Ti/Si衬底上制备了Ti/非晶-SrTiO3-δ (STO)/Pt结构的阻变存储器件单元.器件的有效开关次数可达200次以上.利用5 mV的小电压测量处于高低阻态的器件电阻,发现在经过3.1 ×105 s以后,两种阻态的电阻值均没有明显的变化,说明器件具有较好的保持特性.器件处于高阻态和低阻态的电阻比值可达100倍以上.在9mA的限制电流下,器件的低阻态为500 Ω,有利于降低电路的功耗.氧离子和氧空位的迁移在阻变开关中起到重要的作用,界面层TiOx发挥着氧离子库的作用.阻变开关机制归因为导电细丝(Filaments)的某些部分出现氧化或者还原现象,造成导电细丝的形成和断开.

关键词: 阻变开关 , STO , Ti反应电极 , 开关机制 , 脉冲激光沉积

非晶Nb-Ni薄膜用于Cu与Si之间阻挡层的性能和结构的研究

张磊 , 冯招娣 , 王世杰 , 贾艳丽 , 贾长江 , 闫其庚 , 李晓红 , 代秀红 , 刘保亭

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法架构了Cu(50 nm)/Nb-Ni(50 nm)/Si异质结,利用四探针电阻测试仪、X射线衍射仪和原子力显微镜等研究了样品在不同温度下高真空退火后的结构及输运性质.结果表明:经退火处理后的样品的方块电阻均小于常温下样品的方块电阻;X射线衍射图谱中,各个退火温度下均没有Nb-Ni结晶峰和其它杂峰出现;在AFM图像中,随着退火温度的上升,样品表面的粗糙度逐渐增加,晶粒的尺寸也在逐渐增大,直到当退火温度达到750℃左右,样品表面布满了岛状晶粒进而导致阻挡层失效.

关键词: 阻挡层 , 铜互连 , Nb-Ni薄膜

含Ag电极的非晶In-Ga-Zn-O薄膜的阻变开关特性

娄建忠 , 贾长江 , 郝华 , 张二鹏 , 史守山 , 闫小兵

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶InGaZnO4(α-IGZO)薄膜,利用直流磁控溅射法制备的Ag金属薄膜作为反应上电极,构建了Ag/非晶InGaZnO4(α-IGZO)/Pt结构的阻变存储器件单元.所制备的器件具有双极型阻变特性,写入时间仅为107 ns,经过300次循环开关后,器件仍显示良好的开关效应.对置于高低阻态的器件使用5 mV横电压测量其电阻,电阻值经过1.2×104 s无明显衰减趋势,表明器件具有较好的保持特性.阻变开关机制归因于在外加电场的作用下,由于电化学反应,使得Ag导电细丝在存储介质α-IGZO薄膜中形成和溶解.

关键词: 阻变开关 , IGZO薄膜 , Ag电极 , 开关机制

真空退火温度对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜性能影响的研究

闫小兵 , 张二鹏 , 贾长江 , 史守山 , 娄建忠 , 刘保亭

人工晶体学报

采用射频磁控溅射技术在室温下玻璃衬底上制备了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜,并对该薄膜进行了真空退火.研究了不同退火温度对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在300℃至500℃退火温度范围内,In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着退火温度的增加,薄膜的电阻率先减小后增大.透射光谱显示退火后In-Ga-Zn-O薄膜在500~ 800 nm可见光区平均透过率超过80%,且在350 nm附近表现出较强的紫外吸收特性.经过退火的薄膜光学禁带宽度随着退火温度的增加先增大后减小,350 ℃最大达到3.91 eV.

关键词: In-Ga-Zn-O薄膜 , 退火温度 , 磁控溅射 , 光学带隙

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