Исследование параметров МДМ- структур на основе диоксида титана

П.А.Змановский, А.Е.Субботина, студенты каф.ФЭ

Проверены электрофизические свойства МДМ-структур на основе диоксида титана, полученные магнетронным распылением стехиометричного (TiO2) состава, используемые для создания мемристоров. 

Ключевые слова: МДМ-структура, электрофизические свойства, диоксид титана, мемристор. Введение

В настоящее время идет активный процесс изучения и создания мемристоров. Наиболее ярко мемристорный эффект проявляется в структурах на основе титана, ванадия и гафния. Наиболее перспективным и исследуемым материалом является диоксид титана, модифицированный примесями некоторых металлов. Диоксид титана проявляет себя, как высоко механический и радиационно-стойкий материал.

Целью данной работы является исследование электрофизических свойств диоксида титана.

Экспериментальная часть

Исследования электрофизических свойств пленки TiO₂ проводились в составе МДМ структур Al-TiO₂-Al. Пленки диоксида титана получались магнетронным распылением. 

Напыление пленок TiO₂ на стеклянной подложке производилось в атмосфере аргона и кислорода при давлении 10^-2 мм.рт.ст, разрядный ток составлял 250 мА, время напыления 15 минут. Толщина полученных пленок составила около 100 нм. Скорость распыления была приблизительно 6 нм/мин.

Был проведен рентгеноструктурный микроанализ полученной пленки диоксида титана, нанесенной на кремниевую подложку. Рентгеноструктурный микроанализ представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Процентный состав диоксида титана

Из микроанализа можно сказать, что содержание кислорода составляет 69,2%, а титана 30,8%.  Можно сделать вывод, что титан в полученной пленки полностью окислен, пленка имеет стехиометрический состав. Эти данные можно сравнить с полученными данными компании Hewlett Packard, где у них содержание кислорода составляло 66%, а титана 33%. Наличие излишнего кислорода можно объяснить адсорбцией воды на поверхности пленки и окислением подложки.

Так же были сняты параметры структуры Al-TiO₂-Al на измерителе иммитанса

Е7-20, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Экспериментальные параметры структуры  Al-TiO₂-Al

В таблице приведены рабочие структуры, так же некоторое количество структур имели «закоротки», это было видно из большого тангенса угла диэлектрической проницаемости и низкого электрического сопротивления.

Среднее значение диэлектрической проницаемости для структуры Al-TiO₂-Al примерно составляет = 31,8. Для пленок TiO₂ значение диэлектрической проницаемости структуры приблизительно сходится со справочными данными, в которых пленки диоксида титана имеют = 30-40.

Выводы

В данной работе был реализован метод получения пленки диоксида титана методом магнетронного распыления. Сняты параметры структуры Al-TiO₂-Al. По представленным данным можно сделать вывод, что структуры полностью рабочие, в данных структурах может наблюдаться мемристорный эффект. 

В дальнейшем планируется получение мемристорных структур типа «керн» и изучение их свойств. 

Литература

1.Ковтонюк, Н.Ф., Измерения параметров полупроводниковых материалов / Н.Ф.

Ковтонюк, Ю.А. Концевой. – М.: Энергия, 1970. – 432 с

2.             Троян, П.Е. Электронные процессы в тонкопленочных структурах металлдиэлектрик- металл в сильных электрических полях: дис. … д.т.н.: 01.04.04 / Троян Павел Ефимович – Томск, 2005. – 348 с.

3.             Влияние структурных параметров мемристора на основе оксида титана на его электрические характеристики [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://2013.nscf.ru/TesisAll/Stand section/1950_ZanaveskinML_Stand.pdf, свободный (дата обращения: 25.11.2016).

4.             Балагуров Л.А. Магнетронное осаждение слоев диоксида титана с диагностикой плазмы высокочастотного разряда методом оптической эмиссионной спектроскопии / Л.А. Балагуров, И.В. Кулеманов, А.Ф. Орлов, Е.А Петрова // Материалы электронной техники.

2011. №1. С. 4–7