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氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究

韦晓莹 胡明 张楷亮 王芳 刘凯

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氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究

韦晓莹, 胡明, 张楷亮, 王芳, 刘凯

Micro-structural and resistive switching properties of vanadium oxide thin films

Wei Xiao-Ying, Hu Ming, Zhang Kai-Liang, Wang Fang, Liu Kai
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  • 采用射频反应溅射法于室温下在Cu/Ti/SiO2/Si基底上制备了氧化钒薄膜. X-射线衍射、X射线光电子能谱分析仪及原子力显微镜结果表明, 室温下制备的氧化钒薄膜除微弱的V2O5 (101)和V2O3 (110)峰外, 没有明显的结晶取向, 是VO2, V2O5, V2O3及VO的混合相薄膜, 且薄膜表面颗粒大小均匀, 表面均方根粗糙度约为1 nm. 采用半导体参数分析仪对薄膜的电开关特性进行测试. 结果表明薄膜具有较低的开关电压(VSetVResetIReset)随限流的增大而增大.通过高低阻态时I-V对数曲线的拟合(高阻态斜率>1, 低阻态斜率=1), 认为Cu离子在薄膜中扩散形成的导电细丝是该体系发生电阻转变的主要机制.
    Vanadium oxide thin films are deposited on Cu/Ti/SiO2/Si by reactive sputtering at room temperature. The crystal structure, component and surface morphology of VOx film are characterized by X ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy, respectively. These investigations reveal that there is no obvious crystal orientation except weak V2O5 (101) and V2O3 (110) peaks, and the film contains VO2, V2O5, V2O3 and VO mixture phase. The surface particle size of the film is uniform with a root mean square roughness of 1 nm. The resistive switching properties of VOx thin film are tested by semiconductor device analyzer (Agilent B1500A). The I-V characteristics of the VOx memory cell reveal that the cell has low switch voltage (VSetVResetIReset) increases with current compliance increasing. The double-logarithmic plots of the I-V curve for the high and low resistance state show high configuration slope >1 and low resistance state slope=1. It is confirmed that the copper ion diffusion and the formation of conduction filaments may be the resistance switching mechanism of the VOx/Cu structure.
    • 基金项目: 国家自然基金(批准号:61274113,11204212)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-11-1064)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号:61101055)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20100032120029)和天津市科技计划重点项目(批准号:10SYSYJC27700)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61274113, 11204212), the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-11-1064), the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61101055), the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20100032120029), and the Tianjin Natural Science Foundation, China (Grant No. 10SYSYJC27700).
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-08-23
  • 修回日期:  2012-09-17
  • 刊出日期:  2013-02-05

氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究

  • 1. 天津大学 电子信息工程学院, 天津 300072;
  • 2. 天津理工大学电子信息工程学院, 天津市薄膜电子与通信器件重点实验室, 天津 300384
    基金项目: 国家自然基金(批准号:61274113,11204212)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-11-1064)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号:61101055)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20100032120029)和天津市科技计划重点项目(批准号:10SYSYJC27700)资助的课题.

摘要: 采用射频反应溅射法于室温下在Cu/Ti/SiO2/Si基底上制备了氧化钒薄膜. X-射线衍射、X射线光电子能谱分析仪及原子力显微镜结果表明, 室温下制备的氧化钒薄膜除微弱的V2O5 (101)和V2O3 (110)峰外, 没有明显的结晶取向, 是VO2, V2O5, V2O3及VO的混合相薄膜, 且薄膜表面颗粒大小均匀, 表面均方根粗糙度约为1 nm. 采用半导体参数分析仪对薄膜的电开关特性进行测试. 结果表明薄膜具有较低的开关电压(VSetVResetIReset)随限流的增大而增大.通过高低阻态时I-V对数曲线的拟合(高阻态斜率>1, 低阻态斜率=1), 认为Cu离子在薄膜中扩散形成的导电细丝是该体系发生电阻转变的主要机制.

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