论文部分内容阅读
硅基忆阻薄膜是一种工艺简单且与CMOS工艺兼容的介电半导体薄膜，在新一代存储器件以及人工智能领域备受关注。目前为止，基于硅基忆阻材料进行搭建的忆阻器有很多种。但是，硅基忆阻薄膜多以a-Si为母相，由于存在严重的光致衰退（S-W）效应，使得其应用于器件时性能会随着时间的变化逐渐变差。因此，在硅基忆阻薄膜中引入部分晶化，提高薄膜的结构稳定性十分必要。本文以磁控溅射方法制备Ag(Al)掺杂非晶硅忆阻薄膜材料（a-Si∶Ag(Al)），采用不同能量的飞秒激光进行辐照改性，并借助金相显微镜、扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪、X射线衍射分析仪和可见-近红外光谱仪等多种手段，深入研究了金属含量和飞秒激光能量对忆阻薄膜材料微观结构以及光电性能的影响。取得的主要成果如下： （1）制备态a-Si∶Ag(Al)薄膜中的Ag和Al均以单质形态分布在非晶网络中。Ag含量的增大会使薄膜的短程和中程无序度增大、薄膜的光谱吸收率增大、光谱透射率和电阻率减小；Al含量的增大会使薄膜的中程有序度增大、电阻率减小。 （2）制备态a-Si∶Ag(Al)薄膜受飞秒激光辐照后，薄膜表面会出现呈高斯分布的辐照光斑痕迹。随着激光能量的增大，辐照光斑痕迹越来越明显，无论是a-Si还是a-Si∶Ag(Al)薄膜，在同一个光斑内，从中心到边缘非晶硅的晶化率逐渐降低，硅晶粒尺寸逐渐变小。在相同的能量密度辐照下，随着金属含量的增多，薄膜晶化会逐渐被抑制，产生的晶硅颗粒尺寸逐渐减小，其中，Ag比Al的抑制效果更强；随着激光能量的升高，a-Si∶Ag(Al)薄膜中非晶硅晶化的结晶度会变大，但硅晶粒尺寸不会发生明显粗化。 （3）Ag和Al对a-Si薄膜的光谱性能影响完全不同。a-Si∶Ag薄膜比a-Si薄膜的电阻率更低，光谱透射率小、光谱吸收率高、透射光谱和反射光谱的干涉峰弱，且Ag含量越高，上述现象越明显；飞秒激光辐照后，a-Si薄膜和a-Si∶Ag薄膜光谱曲线中的干涉峰减弱，电阻率降低。a-Si∶Al薄膜和a-Si薄膜的光谱曲线差别不大，但前者比后者的电阻率低；飞秒激光辐照后，a-Si∶Al薄膜和a-Si薄膜的干涉峰均减弱，电阻率均降低，但Al含量越高，薄膜的光谱曲线中干涉峰越强。随着激光能量的增加，a-Si∶Ag(Al)薄膜的反射率减小、吸收率和电阻率有所增强。