Nghiên cứu vai trò của Cu trong sự thay đổi trạng thái điện trở của màng ZnO trên đế thủy tinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA Cu TRONG SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI ĐIỆN TRỞ CỦA MÀNG ZnO TRÊN ĐẾ THỦY TINH Chuyên ngành: Vật lý điện tử ( hướng ứng dụng) Mã ngành: 60 44 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ TRẤN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2012 LỜI CẢM ƠN Lời xin tri ân sâu sắc đến gia đình, người ln ủng hộ, khích lệ, chăm sóc, hi sinh, chia sẻ vật chất lẫn tinh thần để tơi có điều kiện mơi trường tốt cho việc học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Trấn, người trực tiếp hướng dẫn làm luận văn này, thầy hết lịng nhiệt tình khơng giúp đỡ học tập, nghiên cứu khoa học mà thầy cịn dạy cho tơi nhiều học q giá sống Giúp cho định hướng tốt sống, giá trị đạo đức người Tôi xin cảm ơn tất thầy cô Bộ môn Vật Lý Ứng Dụng, kiến thức học từ thầy cô hành trang quý giá cho công việc sống sau Tôi xin chân thành cảm ơn thầy phịng thí nghiệm Vật lí chân khơng, Phịng thí nghiệm quang – quang phổ, Phịng cơng nghệ cao, bạn Lê Phúc Quý, Võ Minh Vương Ngô Hồ Quang Vũ động viên, giúp đỡ q trình làm thực nghiệm Tơi xin chân thành cảm ơn anh chị, bạn bè, em phịng thí nghiệm khoa Vật Lí – Vật Lí Kỹ Thuật, khoa Khoa Học Vật Liệu, Khu Công nghệ cao Viện Vật Lý Tp.HCM tận tình giúp đỡ, hợp tác công việc đo đạc Cuối cùng, xin gởi lời cảm ơn đến bạn lớp Cao học Vật Lí Ứng Dụng K20 K21, bạn cho nhiều kỷ niệm đẹp suốt trình học tập TP Hồ Chí Minh, ngày 14-09-2012 Hồng Tuấn Anh Luận văn thạc sĩ Vật Lý MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU 11 1.1.Vật liệu ZnO 11 1.1.1 Cấu trúc tinh thể 11 1.1.2 Khuyết tật cấu trúc 13 1.1.3 Cấu trúc vùng lƣợng 15 1.2 Vật liệu Cu 16 1.3 Tiếp xúc kim loại – bán dẫn 18 1.4 Cấu trúc, đặc trƣng & chế RRAM 22 1.4.1 Cấu trúc màng mỏng: 22 1.4.2 Đặc trƣng I-V lý thuyết 23 1.4.3 Các chế thay đổi trạng thái điện trở RRAM 24 1.4.3.1 Cơ chế sợi dẫn 25 1.4.3.2 Cơ Chế Bẫy – Giải Bẫy 26 1.4.3.3 Cơ chế Poole _ Frenkel 27 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TẠO MÀNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO 29 2.1 Phƣơng pháp phún xạ magnetron DC 29 2.1.1 Phún xạ phún xạ phản ứng 29 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý 2.1.2 Cấu tạo hệ phún xạ 30 2.1.3 Phân loại hệ magnetron DC 31 2.1.4 Nguyên lý hoạt động 32 2.1.5 Đặc trƣng hệ magnetron phẳng 33 2.1.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình tạo màng 34 2.1.7 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp phún xạ 35 2.2 Các phƣơng pháp đo 35 2.2.1 Hệ đo nhiễu xạ tia X 35 2.2.2 Hệ đo I-V 37 2.2.3 Hệ đo độ dày màng 38 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 39 CHƢƠNG 3: QUY TRÌNH TẠO MÀNG 40 3.1 Cấu tạo hệ phún xạ phún xạ magnetron DC đƣợc dùng để chế tạo màng 40 3.2 Quy trình tạo màng 43 3.2.1 Các bƣớc chuẩn bị 43 3.2.2 Cấu trúc màng 44 3.2.2 Các thông số tạo màng 45 CHƢƠNG 4: Kết bàn luận 47 4.1 Khảo sát bề dày màng ZnO 47 4.2 Khảo sát độ tinh thể màng theo bề dày 49 4.2.1 Màng đơn lớp 50 4.2.2 Màng đa lớp 51 4.2.3 So sánh màng đơn lớp màng đa lớp 52 4.3 Khảo sát đặc trƣng I – V theo bề dày màng 53 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý 4.3.1 Màng đơn lớp 54 4.3.2 Màng đa lớp 55 4.3.3 So sánh màng đơn lớp màng đa lớp 57 4.4 Giải thích chế chuyển trạng thái điện trở bên cấu trúc…………….59 4.5 Khảo sát cửa sổ nhớ theo bề dày màng………………………………….60 4.6 Khảo sát độ lập lại………………………………………………………… 61 4.6.1 Độ lập lại đặc trƣng I-V……………………………………… 61 4.6.2 Độ lập lại điện trở …………………………………………… 63 KẾT LUẬN 614 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 65 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Một số thông số ZnO…………………………………………………… 12 Bảng 1.2: Một số thông số khác Cu…………………………………………………17 Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật tạo màng đơn lớp……………………………….45 Bảng 3.2: Các thông số kỹ thuật tạo màng đa lớp…………………………………46 Bảng 4.1: Độ dày màng ZnO thay đổi theo thời gian tạo màng………….………… 41 Bảng 4.2 Các thông số màng thay đổi theo bề dày………………….……………49 Bảng 4.3: Các thông số Vset & Vreset màng đơn lớp……………………………….54 Bảng 4.4: Các thông số Vset & Vreset màng đơn lớp……………………………….56 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể ZnO…………………………………………………….11 Hình 1.2 : Sai hỏng Schottky Sai hỏng Frenkel 14 Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc vùng lượng ZnO………………………………… 15 Hình 1.4: Cấu trúc tinh thể Cu………………………………………………………16 Hình 1.5: Giản đồ lượng tiếp xúc kim loại – bán dẫn…………………….19 Hình 1.6: Nối M-S tác động điện trường ngồi…………………………….20 Hình 1.7: Đặc trưng I-V tiếp xúc Schottky…………………………………… … 20 Hình 1.8: Đặc trưng I-V tiếp xúc Ohmic…………………………………….…… 21 Hình 1.9: Màng mỏng theo cấu trúc RRAM…………………………………………….22 Hình 1.10: Sơ đồ bố trí máy đo I-V………………………………………………………23 Hình 1.11: Đặc trưng I-V RRAM lý thuyết……………………………… ….23 Hình 1.12 : Đặc trưng I –V theo chế đơn cực lưỡng cực …………………….24 Hình 1.13: Các trình hình thành đứt gãy sợi dẫn………………………….…25 Hình 1.14: Cơ chế Poole – Frenkel ………………………………………….………….27 Hình 1.15 : Đặc trưng I – V chế RRAM……… ………………… 28 Hình 2.1 : Sơ đồ tạo màng phương pháp phún xạ…………………………… 30 Hình 2.2 : Cấu tạo hệ phún xạ magetron DC………………………………………… 31 Hình 2.3: Phân loại hệ Magnetron DC……………………………………………… 32 Hình 2.4: Sự phân bố hệ phún xạ magnetron phẳng DC ………….… 33 Hình 2.5: Sự phụ thuộc tốc độ lắng đọng màng vào dòng thế………….…34 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý Hình 2.6: áy đo nhi u xạ tia ……………………………………………………….…36 Hình 2.7 :Định luật Bragg…………………………………………………………………36 Hình 2.8: Hệ đo I-V……………………………………………………………………… 37 Hình 2.9: Hệ đo độ dày màng dao động tinh thể thạch anh………………… 38 Hình 3.1: Cấu tạo hệ phún xạ Magnetron DC phòng thí nghiệm VLCK……….40 Hình 3.2: Cấu tạo hệ chân khơng……………………………………………………… 41 Hình 3.3: Hệ Magnetron cách bố trí bia Cu ZnO……………………………….42 Hình 3.4: Sơ đồ trình lắng đọng màng………………………………………… …44 Hình 4.1: Phổ truyền qua ZnO theo thời gian tạo màng…………………………48 Hình 4.2: Bề dày màng theo thời gian phún xạ…………………………… …….48 Hình 4.3: Phổ XRD màng đơn lớp……………………………………………… …50 Hình 4.4: Phổ XRD màng đa lớp………………………………………………… 51 Hình 4.5: So sánh phổ XRD màng đơn lớp & màng đa lớp…………………….52 Hình 4.6: Đặc trưng I-V màng đơn lớp……………………………………… 54 Hình 4.7: Đặc trưng I-V màng đa lớp………………………………………….55 Hình 4.8: So sánh Vset Vreset màng đơn lớp đa lớp…………………… … 57 Hình 4.9: Đường đặc trưng I-V cấu trúc v theo t lệ log-log………… 58 Hình 4.10: Khảo sát cửa sổ nhớ theo bề dày màng……………………………… 60 Hình 4.11: Độ lập lại đặc trưng I-V màng đơn lớp……………………………….61 Hình 4.12: Độ lập lại đặc trưng I-V màng đa lớp…………………………………62 Hình 4.13: Độ lập lại điện trở mẫu S02 sau 20 lần đo…… ……………………63 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DC Direct Current RAM Random Access Memory RRAM Resistive Random Access Memory DRAM Dynamic Random Access Memory CBRAM Conducting - Brigde Random Access Memory FeRAM Ferroelectric Random Access Memory MRAM Magneto Random Access Memory PRAM Phase change Random Access Memory HRS High Resistance State LRS .Low Resistance State SS Stainless Steel VM Volatile Memory NVM Non-Volatile Memory SCL Space Charge Limited SEM Scanning Electron Microscopy USB Universal Serial Bus XRD X-Ray Diffraction CVD Chemical Vapor Deposition PLD Pulse Laser Deposition MBE Molecule Beam Epitaxy LCD Liquid Crystal Display LED Light Emitting Diode MESFET Metal – Semiconductor Field-Effect Transistor MOM Metal/Metal Oxide/Metal MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý MỞ ĐẦU Trong vài năm trở lại đây, với phát triển vƣợt bật thiết bị thông tin cá nhân thúc đẩy nhà nghiên cứu tập trung vào vật liệu bán dẫn Cụ thể nghiên cứu chế tạo loại nhớ để phục vụ cho việc lƣu trữ liệu ngày nhiều ngƣời Có hai loại nhớ, nhớ thay đổi (Volatile Memory – VM) nhớ với liệu bị ngừng cung cấp điện cho thiết bị nhớ không thay đổi (NonVolatile Memory - NVM) nhớ với liệu đƣợc lƣu trữ nguồn điện ngừng cung cấp Tuy nhiên, nhớ không thay đổi có khuyết điểm quan trọng: điện vận hành cao, tốc độ đọc ghi thấp, tuổi thọ thấp, độ bền thấp,… Do đó, nhà nghiên cứu phát minh loại nhớ không thay đổi khác để khắc phục nhƣợc điểm trên, nhƣ FeRAM, MRAM, PRAM, RRAM, CBRAM Trong đó, RRAM, resistive random access memory, nhớ hoạt động dựa hiệu ứng thay đổi trạng thái điện trở, đƣợc nhà nghiên cứu giới tập trung nghiên cứu nhiều có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với nhớ khác Những ƣu điểm cấu trúc đơn giản (kim loại/ oxit kim loại/kim loại) nên dễ chế tạo, tiêu thụ điện thấp, điện áp ngƣỡng thấp, tốc độ vận hành nhanh (có thể đạt đến vài ns), mật độ lƣu trữ cao, tuổi thọ độ bền cao Các tác giả giới tập trung nghiên cứu RRAM dựa nhiều loại vật liệu khác ghi nhận hiệu ứng thay đổi trạng thái điện trở khác Đối với điện cực kim loại, đƣợc tập trung nghiên cứu Au[21,33], Stainless Steel - SS [27], Pt[11,13,16,24,30,32,33,34,37,38,40], Cu[12,13,16], Al[11,29], W[22,32], Ti[31], Ag[33,39,40], … Còn với oxit kim loại là: ZrO2[33], NiO[30, 32, 34,44], TiO2[14,24,34,36], SiO2[11], SnO2[18], ZnO[10,13,15,18,20,21,26,27,35,37,39,40], WOx[22], MoOx: Cu[12], ZnO: Mn[20], HFOx[38], Pr0.7Ca0.3MnO3 [43], Cr-doped SrTiO3[44] … Hiệu ứng thay đổi trạng thái điện trở, có chế khác vật liệu khác nhau, chia làm loại: hiệu ứng điện tử, hiệu ứng nhiệt hiệu ứng ion Ngồi cịn có số tác Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang Luận văn thạc sĩ Vật Lý 4.3.3.2 Cơ chế chuyển trạng thái điện trở cấu trúc: Để hiểu rõ chế chuyển trạng thái điện trở cấu trúc, từ đƣờng đặc trƣng I-V hình 4.6 4.7 đƣợc vẽ theo tỷ lệ log-log -1 Cƣờng độ dòng điện (A) Current (A) 10 S01 S02 S03 reset -3 10 LRS set slope~1 -5 10 HRS S01 S02 S03 -7 10 -3 -2 10 10 M01 M02 M03 M04 -2 10 -3 10 độ dòng (A) CƣờngCurrent điện (A) -1 10 reset set LRS -4 10 slope ~1 -5 10 HRS M01 M02 M03 M04 -6 10 -7 10 -3 10 -2 10 -1 10 Voltage (V) Điện (V) Hình 4.9: Đường đặc trưng I-V cấu trúc v theo t lệ log-log Từ hình 4.9 thể đồ thị so sánh đặc trƣng I-V theo hàm Log-Log màng đơn lớp đa lớp, ta rút số nhận xét sau: Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 58 Luận văn thạc sĩ Vật Lý  Đồ thị hàm Log hai trạng thái thẳng hàng độ dốc ~1 (slope ~1), cƣờng độ dịng điện tăng tuyến tính theo điện Nhƣ vậy, cấu trúc RRAM tuân theo quy luật tiếp xúc Ohmic  Vset thƣờng nhỏ Vreset Điện áp Vset Vreset không đan xen chứng tỏ thay đổi trạng thái điện trở cấu trúc rõ ràng  Quy luật chuyển trạng thái điện trở hoạt động theo kiểu chuyển đổi đơn cực tức cấu trúc thay đổi trạng thái theo mơ hình sợi dẫn điện 4.4 Giải thích chế chuyển trạng thái điện trở bên cấu trúc: Quy luật chuyển trạng thái điện trở từ HRS sang LRS ngƣợc lại đƣợc giải thích qua chế hình thành đứt sợi dẫn Cu môi trƣờng ZnO áp điện Dạng filamentary hình thành nhƣ dạng san hơ mọc hình 1.3 Cơng Cu (4,65 eV) cao lực điện tử ZnO ( 4,35 eV), nguyên tử Cu nhạy với oxi nên Cu dễ trở thành ion Cun+ theo phƣơng trình 1.8 Cu → Cun+ + ne- (1.8) Do đó, lớp tiếp xúc tồn nhiều ion Cun+ Dƣới tác dụng điện trƣờng có hƣớng ion Cun+ di chuyển từ điện cực xuống điện cực dƣới Vì có tồn màng ZnO nên ion Cun+ từ điện cực khó di chuyển xuống điện cực dƣới Nhƣng lớp tiếp xúc ZnO với điện cực dƣới ion Cun+ bị khử điện cực dƣới trở thành Cu Cun+ + ne- → Cu (1.9) Những nguyên tử Cu tạo mũi nhọn điện cực đáy, điện trƣờng vị trí mũi nhọn lớn, tiếp tục tạo lực hút ion Cun+ phía mũi nhọn này, mọc chồng lên theo dạng san hô mọc nối điện cực dƣới điện cực tạo nên sợi dẫn Cu (filamentary), nên electron từ cathode dễ dàng di chuyển qua sợi dẫn để đến anode Hình thành q trình thiết lập set Học viên: Hồng Tuấn Anh Trang 59 Luận văn thạc sĩ Vật Lý Đối với màng đa lớp, nhờ lớp Cu 2nm, chƣa có cấu trúc tinh thể nên Cu 2+ lớp khuếch tán vào lớp ZnO, đóng vai trị cung cấp thêm điện tử nên điện áp ngƣỡng cho trình thiết lập thấp cấu trúc đơn lớp, giúp hình thành trạng thái thiết lập nhanh cấu trúc đơn lớp, sợi dẫn hình thành nên V reset phải lớn 2+ Trong trình thiết lập lại (reset), màng ZnO dày, Cu khuếch tán vào ít, sợi dẫn hình thành yếu nên điện ngƣỡng để hình thành trạng thái nhỏ Sự hình thành sợi dẫn Cu làm cho điện trở màng giảm xuống ứng với trạng thái ON Khi tiếp tục tăng điện đến giá trị giới hạn định, sợi dẫn Cu bị đứt phía cuối (anode) hiệu ứng Joule - Lenz, ứng với trạng thái OFF 4.5 Khảo sát cửa sổ nhớ theo bề dày màng Giá trị điện trở màng trạng thái LRS HRS tƣơng ứng RL RH Tỉ số RH/RL gọi “cửa sổ nhớ” (Window Memory) Bộ nhớ RRAM hoạt động theo chế thay đổi trạng thái điện trở Do đó, tỉ số giá trị điện trở RH/RL hai trạng thái đóng vai trò quan trọng Tỉ số cao hiệu suất hoạt động nhớ tốt Từ giá trị Vset, Vreset, ΔIset ΔIreset đặc trƣng I-V, thông số cửa sổ nhớ đƣợc khảo sát theo bề dày màng thể qua đồ thị hình 4.10 160 139.1 140 120 RH/RL 100 80 60 36.1 40 20 26.9 29.2 32.4 M01 M02 M03 2.6 S01 S02 S03 Hình 4.10: Khảo sát cửa sổ nhớ theo bề dày màng Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 60 Luận văn thạc sĩ Vật Lý Độ rộng cửa sổ nhớ tăng theo bề dày màng Mẫu S01 có cửa sổ nhớ hẹp Mẫu S03 có cửa sổ nhớ rộng Màng đơn lớp có cửa sổ nhớ rộng Nhƣng độ chênh lệch theo bề dày cao Màng đa lớp có cửa sổ nhớ hẹp Tuy nhiên giá trị thay đổi không nhiều Độ rộng cửa sổ nhớ trung bình màng đơn lớp cao màng đa lớp Nhƣ vậy, màng có lớp ZnO vƣợt qua bề dày ngƣỡng ~ 80nm cho độ rộng cửa sổ nhớ lớn 4.6 Khảo sát độ lập lại mẫu: Độ lập lại màng cho biết khả chuyển trạng thái điện trở thiết bị RRAM, từ độ lập lại thay đổi trạng thái điện trở cấu trúc cho biết đƣợc thời gian lƣu trữ, độ bền tốc độ ghi, xóa thiết bị Cƣờng độ dòng điện (A) Cƣờng độ dòng điện (A) 4.6.1 Độ lập lại đặc trƣng I-V Cƣờng độ dòng điện (A) Điện (V) Điện (V) Hình 4.11: Độ lập lại đặc trưng I-V màng đơn lớp Điện (V) Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 61 Cƣờng độ dòng điện (A) Cƣờng độ dòng điện (A) Luận văn thạc sĩ Vật Lý Điện (V) Cƣờng độ dòng điện (A) Cƣờng độ dòng điện (A) Điện (V) Điện (V) Điện (V) Hình 4.12: Độ lập lại đặc trưng I-V màng đa lớp Từ hình 4.11 4.12, ta thấy tất cấu trúc có đặc trƣng I-V ổn định Điện áp Vset Vreset không đan xen Chứng tỏ cấu trúc với dề dày lớp ZnO khác có điện áp ngƣỡng để xảy thay đổi trạng thái điện trở khác Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 62 Luận văn thạc sĩ Vật Lý 4.6.2 Độ lập lại điện trở: Dựa vào hình 4.10 ta thấy đƣợc mẫu có bề dày lớp ZnO ≥ 80nm cho độ rộng cửa sổ nhớ lớn Do đó, để kiểm chứng lại giá trị RH RL nên mẫu S02 đƣợc Điện trở ( Ω) thực phép đo 20 lần Số lần đo Hình 4.13: Độ lập lại điện trở mẫu S02 sau 20 lần đo Từ hình 4.13, tính chất chuyển trạng thái điện trở của màng S02 sau 20 lập lại trạng thái ON, OFF thay đổi không đáng kể Khoảng cách trạng thái LRS HRS hình 4.13 cho biết đƣợc tỷ số RH/RL ~ 36 không thay đổi suốt 20 lần lập lại Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 63 Luận văn thạc sĩ Vật Lý KẾT LUẬN  Cấu trúc Cu ZnO Cu Cu ZnO Cu (~2nm) ZnO Cu đƣợc chế tạo thông qua hệ phún xạ Magnetron DC nhiệt độ phòng  Thông qua đặc trƣng I –V đƣợc đo nhiệt độ phịng cấu trúc, tính chất chuyển trạng thái điện trở cấu trúc Cu/ZnO/Cu Cu/ZnO/Cu(~2nm)/ZnO/Cu đƣợc nghiên cứu cho ứng dụng nhớ không biến đổi RRAM từ điện trở cao sang điện trở thấp ngƣợc lại  Cơ chế dẫn cấu trúc trạng thái LRS HRS tuân theo chế dẫn Ohmic qua hình thành đứt sợi dẫn điện Cu  Thông qua cấu trúc Cu/ZnO/Cu, bề dày lớp ZnO khoảng 80nm cho đặc trƣng I – V tốt ổn định, tỉ số Ron/Roff lớn Vì thế, bề dày ngƣỡng cho lớp ZnO 80nm Khi màng mỏng không đạt đƣợc độ tinh thể cao cho đặc trƣng I-V không tốt đồng thời thu hẹp cửa sổ nhớ  Giá trị Vset Vreset phụ thuộc theo bề dày màng Vset tăng theo bề dày màng Vreset lại giảm theo bề dày màng Màng có bề dày lớp ZnO ≥ 80nm cho đặc trƣng I-V tốt ổn định  Lớp đệm Cu bề dày 2nm màng đa lớp có vai trị sau: + Với bề dày 2nm, Cu tồn dƣới dạng ốc đảo Nên, làm giảm độ tinh thể màng ZnO tồn dƣới dạng ốc đảo Cu dễ dàng khuếch tán vào lớp ZnO tạo ion Cun+ giúp cho trình hình thành sợi dẫn nhanh dày + Giảm giá trị Vset, tăng giá trị Vreset + Thu hẹp cửa sổ nhớ Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 64 Luận văn thạc sĩ Vật Lý HƢỚNG PHÁT TRIỂN Tập trung khảo sát cấu trúc RRAM theo nhiệt độ tạo màng ZnO Đề tài nghiên cứu sử dụng khí 10% Oxy 90% Argon để chế tạo màng ZnO, cần khảo sát thêm tỉ lệ phần trăm khí Oxy Điện cực Cu đƣợc khảo sát với đƣờng kính 1mm, cần tập trung nghiên cứu đƣờng kính điện cực Đánh giá độ ổn định thiết bị thời gian dài Khảo sát đặc trƣng I – V phụ thuộc vào nhiệt độ đo mẫu Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 65 Luận văn thạc sĩ Vật Lý DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH [1] Hồng Tuấn Anh, Phan Song Vũ, Trần Đức Hoàng, Trần Hoàng Cao Sơn, Trần Tuấn, Lê Văn Hiếu, Trần Cao Vinh, Cao Thị Mỹ Dung, Nguyễn Hữu Trƣờng, Hoàng Văn Dũng, Võ Thành Tân,Lê Trấn, Phan Bách Thắng, “ Hiện tượng thay đổi điện trở màng mỏng ZnO cấu trúc Cu-ZnO-Cu Cu-ZnO-Cu-ZnO-Cu”, Báo cáo Hội nghị Vật Lý Chất Rắn Khoa Học Vật Liệu Toàn Quốc lần VII, SPMS 2011 – Thành Phố Hồ Chí Minh 07 – 09 /11/2011 [2] Tuan Anh Hoang, Duc Hoang Tran, Thi My Dung Cao, Van Hieu Le, Tuan Tran, Cao Vinh Tran, Thanh Tan Vo, Mau Chien Dang, Tran Le , Sangsub Kim, Jaichan Lee and Bach Thang Phan, “The role of Cu on resistance switching behavior of ZnO thin films”, poster Hội Nghị Quốc Tế Công Nghệ Nano Ứng dụng lần thứ III, IWNA 2011 – Vũng Tàu 10 – 12/11/2011 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 66 Luận văn thạc sĩ Vật Lý TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Lê Trấn (2009) , “ Nghiên cứu chế tạo màng gương nóng truyền qua phương pháp phún xạ magnetron DC”, Luận án tiến sĩ Vật Lí, trƣờng đại học Khoa Học Tự Nhiên, thành phố Hồ Chí Minh [2] Lê Khắc Bình, 2002, Cơ sở vật lí chất rắn, Đại học Khoa học Tự Nhiên [3] Lê Văn Hiếu, 2005, Vật lý điện tử, Đại học Khoa học Tự Nhiên [4] Vũ Thị Hạnh Thu (2009), “ Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO2 TiO2:N”, Luận án tiến sĩ Vật Lí, trƣờng đại học Khoa Học Tự Nhiên, thành phố Hồ Chí Minh [5] Dƣơng Anh Quang (2010), “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng dẫn điện suốt ZnO pha tạp loại p phương pháp phún xạ magnetron DC”, Luận văn thạc sĩ Vật Lý Đại học Khoa học Tự nhiên, thành phố Hồ Chí Minh [6] Lê Hoàng Nam (2011), “ Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp suốt dẫn điện phương pháp phún xạ magnetron DC”, Luận văn thạc sĩ Vật Lý Đại học Khoa học Tự nhiên, thành phố Hồ Chí Minh [7] Phạm Văn Thịnh, TS Lê Trấn, TS Vũ Thị Hạnh Thu, Trần Hoàng Cao Sơn (2011), “Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp dẫn điện suốt TCO/Cu/TCO phương pháp phún xạ magnetron D.C”, Hội nghị Vật lý Chất rắn khoa học Vật liệu toàn quốc lần 7/2011 [8] Võ Minh Vƣơng, Cao thị Mỹ Dung, Phan Bách Thắng, Lê Trấn, “Chế tạo màng Cu ZnO:Cu Cu ằng phương pháp phún xạ h ng iến đổi agnetron cho ứng dụng ộ nhớ ”, Hội nghị vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 7, thành phố Hồ Chí Minh, 7-9/11/2011 [9] Ngơ Hồ Quang Vũ, Võ Minh Vƣơng, Phạm Văn Thịnh, Lê Trấn, “Chuyển trạng thái điện trở màng SnO2 h ng pha tạp pha tạp tr n đế thủy tinh”, Hội nghị vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 7, thành phố Hồ Chí Minh, 7-9/11/2011 Học viên: Hồng Tuấn Anh Trang 67 Luận văn thạc sĩ Vật Lý Tiếng Anh: [10] A Makarov, V Sverdlovb And S Selberherr, “Stochastic Model Of The Resistive Switching Mechanism In Bipolar Resistive Random Access Memory: Monte Carlo Simulations”, J Vac Sci Technol B, Vol 29, No 1, 2011 [11] Chia-Jen Li, Shyankay Jou, And Wei-Ling Chen, “Effect Of Pt And Al Electrodes On Resistive Switching Properties Of Sputter-Deposited Cu-Doped SiO2 Film”, Japanese Journal Of Applied Physics 50, 2011 [12] Dongsoo Lee, Dong-Jun Seong, Inhwa Jo, F Xiang, R Dong, Seokjoon Oh, And Hyunsang Hwang, “Resistance Switching Of Copper Doped MoOx Films For Nonvolatile Memory Applications”, Applied Physics Letters 90, 2007 [13] Fei Zhuge, Shanshan Peng, Congli He, Xiaojian Zhu, Xinxin Chen,Yiweiliu And Run-Wei Li , “Improvement Of Resistive Switching In Cu/ZnO/Pt Sandwiches By Weakening The Randomicity Of The Formation/Rupture Of Cu Filaments”, Nanotechnology 22, 2011 [14] Lee-Eun Yu, Sungho Kim, Min-Ki Ryu, Sung-Yool Choi, And Yang-Kyu Choi, “Structure Effects On Resistive Switching Of Al/TiOx/Al Devices For Rram Applications”, Ieee Electron Device Letters, Vol 29, No 4, 2008 [15] Seunghyup Lee, Heejin Kim, Dong-Jin Yun, Shi-Woo Rhee, And Kijung Yong, “Resistive Switching Characteristics Of ZnO Thin Film Grown On Stainless Steel For Flexible Nonvolatile Memory Devices”, Applied Physics Letters 95, 2009 [16] Y C Yang, F Pan, F Zeng, And M Liu, “Switching Mechanism Transition Induced By Annealing Treatment In Nonvolatile Cu/ZnO/Cu/ZnO/Pt Resistive Memory: From Carrier Trapping/Detrapping To Electrochemical Metallization”, Journal Of Applied Physics 106, 2009 [17] Qinan Mao, Zhenguo Ji And Junhua Xi, “Realization Of Forming-Free ZnOBased Resistive Switching Memory By Controlling Film Thickness”, J Phys D: Appl Phys 43, 2010 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 68 Luận văn thạc sĩ Vật Lý [18] Sergio Almeida, Brandon Aguirre, Noel Marquez, John Mcclure And David Zubia , “Resistive Switching Of SnO2 Thin Films On Glass Substrate”, Integrated Ferroelectrics, 126:1, 117-124, 2011 [19] Akihito Sawa, “Resistive Switching In Transition Metal Oxides”, Materialtoday, Volume 11, Number 6, June 2008 [20] H Y Peng, G P li, J Y Ye, Z P Wei, Z.Zhang, D D Wang, G Z Xing and T Wu, “Electrode dependence of resistive switching in Mn- doped ZnO: Filamentary versus interfacial mechanisms”, Applied physics letters 96, 2010 [21] Amit Kumar, Manoj Kumar And Beer Pal Singh, “Nonvolatile Resistance Memory Switching In Polycrystalline ZnO Thin Films Grown By Rf Magnetron Sputtering”, International Journal Of Advanced Engineering Sciences And Technologies, Vol No.1, Issue No.2, 118-122, 2010 [22] Kuyyadi P Biju, Xinjun Liu, Seonghyun Kim, Manzar Siddik, Jungho Shin, Joonmyoung Lee And Hyunsang Hwang, “Bipolar Resistance Switching In The Pt/Wox/W Nonvolatile Memory Devices”, Current Applied Physics 11, E62-E65, 2011 [23] Jim Hutchby And Mike Garner, “Assessment Of The Potential & Maturity Of Selected Emerging Research Memory Technologies”, Workshop & Erd/Erm Working Group Meeting (April 6-7, 2010) July 23, 2010 [24] Doo Seok Jeong, “Resistive Switching In Pt/TiO2/Pt”, From The Faculty Of Georesources And Materials Engineering Of The Rwth Aachen University, In Respect Of The Academic Degree Of Doctor Of Engineering, Date Of The Oral Examination: 15.08.2008 [25] Kyung-Chang Ryoo, Jeong-Hoon Oh, Sunghun Jung, Hongsik Jeong And ByungGook Park, “Novel U-Shape Resistive Random Access Memory Structure For Improving Resistive Switching Characteristics”, Japanese Journal Of Applied Physics 50, 2011 [26] Karthik Sivaramakrishnan, “Zinc Oxide Transparent Thin Films For Optoelectronics”, Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 69 Luận văn thạc sĩ Vật Lý Arizona State University, A Dissertation Presented In Partial Fulfillment Of The Requirements For The Degree Doctor Of Philosophy, December 2010 [27] Seunghyup Lee, Heejin Kim, Dong-Jin Yun, Shi-Woo Rhee, And Kijung Yong, “Resistive Switching Characteristics Of ZnO Thin Film Grown On Stainless Steel For Flexible Nonvolatile Memory Devices”, Applied Physics Letters 95, 2009 [28] Sung Hyun Jo, “nanoscale memristive devices for memory and logic applications”, a dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, Electrical Engineering in The University of Michigan, 2010 [29] Hu Young Jeong, Jong Yun Kim, Jeong Won Kim, Jin Ok Hwang, Ji-Eun Kim, Jeong Yong Lee,Tae Hyun Yoon, Byung Jin Cho, Sang Ouk Kim, Rodney S Ruoff and Sung-Yool Choi, “Graphene Oxide Thin Films for Flexible Nonvolatile Memory Applications”, Nano letters, 2010 [30] Kan-Hao Xue,Carlos A Paz de Araujo,Jolanta Celinska and Christopher McWilliams, “ non-filamentary model for unipolar switching transition metal oxide resistance random access memories” , Journal of applied physics 109, 2011 [31] Min-Chen Chen, Ting-Chang Chang, Chih-Tsung Tsai, Sheng-Yao Huang, ShihChing Chen, Chih-Wei Hu, Simon M Sze, and Ming-Jinn Tsai, “Influence of electrode material on the resistive memory switching property of indium gallium zinc oxide thin films”, Applied physics letters 96, 2010 [32] D Ielmini, S Spiga, F Nardi, C Cagli, A Lamperti, E Cianci, and M Fanciulli, “Scaling analysis of submicrometer nickel-oxide-based resistive switching memory devices”, Journal of applied physics 109, 2011 [33] Qi Liu, Shibing Long, Hangbing Lv, Wei Wang, Jiebin Niu, Zongliang Huo, Junning Chen, and Ming Liu, “Controllable growth of nanoscale conductive filaments in solid electrolyte based reram by using a metal nanocrystal covered bottom electrode”, www.acsnano.org Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 70 Luận văn thạc sĩ Vật Lý [34] Min Hwan Lee and Cheol Seong Hwang, “Resistive switching memory: observations with scanning probe microscopy”, This journal is a The Royal Society of Chemistry, 2011 [35] Jing Qi, Mario Olmedo, Jingjian Ren, Ning Zhan, Jianze Zhao, Jian-Guo Zheng, and Jianlin Liu, “ Resistive switching in single epitaxial ZnO nano-islands”, American Chemical Society, 2012 [36] Indrek Jogi, “ Conduction mechanisms in thin atomic layer deposited films contaning TiO2 ”, a dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in physics (Optics and Spectroscopy) in The University of Tartu, 2007 [37] Fu-Chien Chiu, Peng-Wei Li, and Wen-Yuan Chang, “Reliability characteristics and conduction mechanisms in resistive switching memory devices using ZnO thin films”, Nanoscale Res Lett, 2012 [38] Z Fang, H.Y Yu, W.J Liu, N Singh, G.Q Lo, “Resistive RAM based on HFOx and its temperature instability study”, World Academy of Science, Engineering and Technology 72, 2010 [39] L Shi, D S Shang, Y S Chen, J Wang, J R Sun and B G Shen, “Improved resistance switching in ZnO-based devices decorated with Ag nanoparticles”, J Phys D: Appl Phys 44, 2011 [40] Seunghyup Lee, Heejin Kim, Jinjoo Park, and Kijung Yong, “Coexistence of unipolar and bipolar resistive switching characteristics in ZnO thin films”, Journal Of Applied Physics 108, 2010 [41] Özgür, Ü Alivov, Ya I Liu, C.Teke, A Reshchikov, M A Doğan, S Avrutin, V Cho, “ comprehensive review of ZnO materials and devices” Journal of Applied Physics 98, 2005 [42] Claus Franz Klingshirn, Bruno K Meyer; Andreas Waag, Axel Hoffmann, Johannes M M Geurts, “Zinc Oxide: From Fundamental Properties Towards Novel Applications”, Springer pp 9–10, August 2010 Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 71 Luận văn thạc sĩ Vật Lý [43] Song-Lin Li, Z L Liao, J Li, J L Gang and D N Zheng (2009), “Resistive switching properties and low resistance state relaxation in Al/Pr0.7Ca0.3MnO3/Pt junctions”, J Phys D: Appl Phys 42 045411 (6pp) [44] Phan Bach Thang, “ Electrical Conduction and Associated Resistance Switching Mechanism in Cr-doped SrTiO Thin Films”,A dissertation for the degree of Doctor of Philosophy 2009 May, 28th [45] Satoshi Takeshita , “ odeling of space-charge-limited current injection incorporating an advanced model of the poole - fren el effect”, in partial fulfillment of the requirements for the degree master of science electrical engineering , December 2008 [46] Mustafa Arikan, “Electrical transport in metal-oxide-semiconductor Capacitors”, in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science in physics, September 2004 [47] Liu Qi, Long Shibing, Guan Weihua, Zhang Sen, Liu Ming, and Chen Junning (2009), Unipolar resistive switching of Au+ implanted ZrO2 films, Journal of Semiconductors Vol 30, No [48] Iwata, K Fons, P Yamada, A Matsubara, “Journal of Crystal Growth ”, 2000 [49] Kai Wang, “Transparent Oxide Semiconductors: Farication, properties and applications”, Waterloo, Otario, Canada, 2008 [50] Loren Wellington Rieth, “ Sputter deposition of ZnO thin films”, University of Florida Học viên: Hoàng Tuấn Anh Trang 72 ... Trong đề tài này, vật liệu ZnO Cu đƣợc lựa chọn để nghiên cứu hiệu ứng thay đổi trạng thái điện trở dựa chế sợi dẫn filamentary dựa cấu trúc Cu/ ZnO /Cu Cu /ZnO /Cu (2nm) /ZnO /Cu Màng ZnO hƣớng đến... Vật Lý Trong đề tài này, vật liệu ZnO Cu đƣợc lựa chọn để nghiên cứu hiệu ứng thay đổi trạng thái điện trở dựa cấu trúc Cu/ ZnO /Cu Cu /ZnO /Cu (2nm) /ZnO /Cu Do đó, vật liệu sử dụng để tạo màng đề... màng, độ dày màng? ?? 1.4.3 Các chế thay đổi trạng thái điện trở RRAM: Sự thay đổi trạng thái điện trở thấp sang điện trở cao ngƣợc lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Cơ chế chuyển trạng thái điện