探讨同氧气浓於五氧化二钒薄膜在非挥发性变阻式记忆体元件之应用
二氧化钒薄膜制备工艺及其在开关器件的应用研究进展
第 43 卷 第 3 期 2021 年 6 月
光学仪器 OPTICAL INSTRUMENTS
Vol. 43，No. 3 June，2021
文章编号：1005-5630(2021)03-0078-08
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5630.2021.03.012
二氧化钒薄膜制备工艺及其在开关 器件的应用研究进展
(a) 溅射功率为 220 W
(b) 溅射功率为 260 W 图 1 VO2 薄膜的 AFM 形貌 Fig. 1 AFM morphology of VO2 thin films
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光学仪器
第 43 卷
在制备 VO2 薄膜时，传统的磁控溅射需要 的沉积温度为 400～600 ℃，但此温度会导致钢 化玻璃基板的应力松弛，甚至会导致严重的质量 问题和安全隐患。对此 Zhan 等设计了多层膜系 结构，引入了具有良好抗氧化的 SiNx 薄膜和扩
溶胶−凝胶法是制备 VO2 薄膜常用的化学制 备法，相比其他制备工艺，该工艺所用设备简 单，并且由于使用溶胶而非粉状物，所以制品均 匀纯度高，化学计量易于控制，可应用于大面积 薄膜的制备，因此被广泛应用。溶胶−凝胶法可 以根据形成过程的不同，分为两类：无机溶胶 −凝胶法[7-8] 和有机溶胶-凝胶法[6]。这两种溶胶 −凝胶法都可以制备得到性能优良的 VO2 薄膜， 有机法更容易掺杂从而改善薄膜性能，但相对于 无机法制作过程复杂，且钒醇盐价格比较昂贵， 而无机法虽然在热处理阶段容易出现气泡，工艺 参数不易控制，但其原料获得较为容易，因此目 前国内更为常用的是无机溶胶−凝胶。
五氧化二钒电极 -回复
五氧化二钒电极 -回复
五氧化二钒电极是一种电化学传感器，常用于检测含氧物质的浓度。
该电极由五氧化
二钒（V2O5）制成的半导体材料制成，具有高灵敏度和快速响应时间的特点。
它可以通过
测量氧化还原反应的电位变化来检测氧气的浓度或其他含氧物质的浓度。
五氧化二钒电极的工作原理是基于氧化还原反应。
在空气中，五氧化二钒是一种氧化物，但在还原条件下，它可以被还原为二氧化钒（VO2）。
当五氧化二钒电极接触到含氧物质时，它会被氧化为VO2，并放出电子。
电极上积累的电子会导致电位发生变化，从而可
以测量氧气的浓度或其他含氧物质的浓度。
五氧化二钒电极常用于气体传感器中，例如汽车排放控制系统和空气质量监测。
它也
可以用于电化学分析和生化分析中，例如测量生物样品中的氧浓度。
此外，五氧化二钒电
极还可以用于研究氧化还原反应机理和其他电化学过程。
然而，五氧化二钒电极也有一些限制。
它对温度和湿度敏感，其灵敏度和响应时间与
其制备方法和表面处理有关。
此外，五氧化二钒电极在高浓度氧气环境下容易受到氧化并
失去灵敏度。
为了提高五氧化二钒电极的性能，研究人员正在探索不同的制备方法和表面处理技术。
例如，通过控制热处理条件和添加界面活性剂来改善电极表面的电化学性能。
此外，使用
纳米结构的五氧化二钒材料和功能化表面涂层也可以提高电极的灵敏度和选择性。
总之，五氧化二钒电极是一种具有重要应用前景的电化学传感器。
虽然它存在一些限制，但通过不断探索新的制备方法和表面处理技术，可以进一步提高其性能和应用范围。
二氧化钒薄膜的制备及其应用基础研究
二氧化钒薄膜的制备及其应用基础研究VO<sub>2</sub>作为一种具有独特相变性能的过渡金属氧化物,一直以来受到科研工作者的广泛关注。
电阻率、红外透过率等在相变前后发生的巨大变化使得该材料被应用于多种用途,如光/电开关、智能玻璃和激光防护涂层等。
本文利用水热法成功地制备VO<sub>2</sub>薄膜材料,系统地研究了薄膜制备工艺、微观结构和电、光性能及其相互间的关系,揭示了薄膜生长机理和相关影响因素,为利用液相法制备高质量过渡金属氧化物薄膜提供了新的思路。
论文主要内容和相关重要结论如下:（一）类单晶纳米网状二氧化钒薄膜的制备及其性能研究不依赖光刻技术的二维纳米结构自组装制备技术是当前纳米技术的研究热点之一,获得具有规则结构的二维纳米材料仍然面临很大的挑战。
本论文利用一种简易的水热法制备得到了晶圆尺寸范围内分布均匀的、具有桁架结构、共格连接的自组装VO<sub>2</sub>纳米网状薄膜。
这种纳米网状结构薄膜由VO<sub>2</sub>纳米棒组成,纳米棒间互呈120°（或60°）,选区电子衍射（SEAD）分析显示纳米棒间呈孪晶取向关系。
XRD和SAED结果表明,VO<sub>2</sub>纳米网状薄膜是由蓝宝石衬底外延诱导生长得到,（001）取向蓝宝石衬底为VO<sub>2</sub>纳米棒生长提供了三重对称的等价生长方向。
这种独特结构的纳米网状薄膜具有可媲美单晶VO<sub>2</sub>材料的相变电阻调制性能和优异的抗相变疲劳性能。
薄膜在相变前后电阻变化率可达到5个数量级,电阻热滞回线宽度仅为1.7℃,500次MIT相变热循环后,其相变电阻调制性能没有明显的衰减。
上述研究工作证明,利用水热法,采用衬底诱导技术可以实现二维规则结构纳米薄膜的可控制备,为二维有序纳米结构自组装制备提供了新的技术途径,所制备的纳米网状薄膜在功能开关器件中具有潜在的应用价值。
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》范文
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》篇一一、引言随着科技的发展，材料科学在众多领域中发挥着越来越重要的作用。
其中，二氧化钒（VO2）薄膜因其独特的相变性能，在光电器件、微电子、热调控等多个领域有着广泛的应用前景。
然而，如何有效调控其相变性能成为了一个重要的研究方向。
近年来，电子注入法因其简单易行、操作性强等特点，在调控二氧化钒薄膜相变性能方面显示出巨大潜力。
本文旨在探讨电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及其应用。
二、电子注入法的基本原理电子注入法是一种通过向材料中注入电子来改变其电子结构和物理性能的方法。
在二氧化钒薄膜中，通过电子注入，可以改变其内部的电子密度和能带结构，从而影响其相变性能。
该方法的优点在于操作简单、可控性强，且对材料本身的损伤较小。
三、电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控（一）实验方法本实验采用电子注入法对二氧化钒薄膜进行调控。
首先，制备出高质量的二氧化钒薄膜；然后，利用电子束或电流源向薄膜中注入不同剂量和能量的电子；最后，通过一系列表征手段，如X射线衍射、拉曼光谱、透射电镜等，分析电子注入前后薄膜的相变性能变化。
（二）实验结果与讨论实验结果表明，通过电子注入法可以有效地调控二氧化钒薄膜的相变性能。
具体来说，随着电子注入剂量的增加，二氧化钒薄膜的相变温度逐渐降低，相变过程也变得更加明显。
此外，电子注入还可以改变二氧化钒薄膜的电阻率、光学性质等性能。
这些变化主要归因于电子注入引起的内部电子结构和能带结构的变化。
（三）机理分析根据实验结果和文献报道，我们认为电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制主要包括两个方面：一是电子注入改变了二氧化钒薄膜内部的电子密度和能带结构，从而影响了其相变过程；二是电子注入引起的局部晶格畸变和缺陷产生，进一步影响了薄膜的相变性能。
四、应用前景与展望电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控为材料科学领域提供了新的思路和方法。
首先，通过调节电子注入的剂量和能量，可以实现对二氧化钒薄膜相变温度的精确调控，从而满足不同应用场景的需求；其次，二氧化钒薄膜在光电器件、微电子、热调控等领域具有广泛的应用前景；最后，电子注入法具有简单易行、操作性强等优点，为其他材料的性能调控提供了新的思路和方法。
氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计的研究
氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计的研究1. 引言1.1 概述氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计是当前光电领域中的研究热点之一。
红外技术具有在暗夜或复杂环境下实现目标探测和成像的能力，因此被广泛应用于军事安防、火灾监测、医学诊断等领域。
然而，传统的制冷红外探测器由于高成本、大尺寸以及复杂维护等问题限制了其在民用领域的普及。
非制冷红外探测器作为一种新型的探测技术，具有体积小、重量轻、无需制冷等优点，在红外领域有着广阔的应用前景。
1.2 研究背景在非制冷红外探测器中，氧化钒薄膜材料作为一种重要的敏感元件已经引起了广泛关注。
氧化钒薄膜具有良好的热电特性和纵横触发效应，可将红外辐射转化为电信号，并显示出快速响应、高灵敏度的特点。
然而，氧化钒薄膜在实际应用中面临着一些挑战，如制备工艺复杂、稳定性差等问题，因此对其进行深入研究和优化设计具有重要意义。
1.3 研究意义本文旨在探索氧化钒薄膜材料以及非制冷红外探测器微结构设计的相关研究，并揭示其在红外技术领域中的应用潜力和发展方向。
通过对氧化钒薄膜材料制备方法和物理性质的分析，可以为制备工艺的改进提供依据，并为其应用领域提供更广阔的空间。
同时，通过对非制冷红外探测器微结构要素及其优化设计进行研究，可以提高非制冷红外探测器的灵敏度和响应速度。
将氧化钒薄膜与非制冷红外探测器相结合，则可实现更高性能的红外成像系统。
我们希望本文能够为相关领域的研究人员提供有益参考，并促进氧化钒薄膜材料和非制冷红外探测器微结构设计技术的进一步发展。
2. 氧化钒薄膜材料研究2.1 氧化钒薄膜的制备方法氧化钒薄膜是一种重要的功能材料，在红外光电子器件中具有广泛的应用。
为了制备高质量的氧化钒薄膜，研究人员尝试了多种不同的制备方法。
一种常用的制备氧化钒薄膜的方法是物理气相沉积（PVD）。
在这个过程中，首先需要将高纯度的金属钒加热至其沸点，形成金属蒸汽。
然后，将基底材料放置在反应室中，并通过调节反应室内部的温度和压力来控制金属钒与基底之间的相互作用。
五氧化二钒薄膜涂层变性材料研究
聚乙二醇 ４ ０ ００
对 比组
注 ： 次 结 果 评 分 与 对 比组 进 行 比 较 ． 以 胶 体 分 散 程 度 、 光 性 、 本 透
放 置后 的稳定性等为依据进行评 分。
仪器 ： 马弗炉及温度控制器（Ｘ ４１ Ｓ －—０天津市泰 斯特）金相显微镜 （ ＰＰ Ｔ ０ ， Ｅ ＩＨｏ ２ ０日本尼康 ）紫外 ，
表 ２ Ｖ 单因素实验表 Ｐ Ａ
注 ： 次 正 交 试验 是 依 据 溶 胶 的 稳 定 性 、 体 的 均 匀 性 、 滤 难 易 此 胶 过
程度进行综合评分的。
２３ 五氧化 二钒薄 膜 的制备 ．
本次实验采用浸涂法ｒ进行镀膜 。浸涂法是将 ］ 实验发现 ， 由于分散剂分子量大且不溶于水， 因
分子激光沉积（Ｉ ） ＰＪ ［法和溶胶一 ）。 凝胶（ｏ Ｇ １。 Ｓｌ ｅ ［法制 － ）
．． 备 Ｖ Ｑ薄膜。磁控溅射法、 ２ 真空蒸发法以及脉冲准分 ２ ２ ２ 分散 剂 的选择 ．．． 子激光沉积法都需要专用的精密仪器， 所以应用有较 ２ ２ ２ １ 聚 乙二醇
大的困难 。而溶胶一 凝胶法［因所使用的仪器设备较为 ４ ］
药品： 五氧化二 钒， 聚乙烯醇 Ｐ Ａ， Ｖ 阿拉伯 树 胶 ， 乙二 醇 。 聚
２ ２ 五 氧化 二 钒溶胶 ．
２ ２ １ 溶胶 的制备 ．．
近年来， 人们对过渡金属氧化物薄膜进行 了广泛 的研究， 其中最受重视的是五氧化二钒薄膜。五氧化 二钒薄膜存在金属一 绝缘体转变， 在临界温度 由于相的
此 胶体有 丝状 物 出现致 使过 滤较为 困难 。但 实验结 果 表 明聚 乙烯 醇 Ｐ ＶＡ 对 五氧化 二钒 溶胶 的分 散效 果 较好 ， 胶体 可 以长时 间放 置 ， 且 故可 以作为 五氧化 二 钒胶体 分散剂 。 ２ ２２３ 阿拉 伯树胶 ． ．． 阿拉 伯 树胶 也 是一 种 常见 的胶 体 分散 剂 ， 因分 子 量较小 ， 常温下 能溶于水 。实验 数据见表 ３ 在 。
关于氧化钒特性研究
南京理工大学关于氧化钒特性研究学院:电子工程与光电技术学院作者: 岳超李贺王贵圆黄伟题目: 关于氧化钒特性研究**：***评分：2013 年 11 月中文摘要外文摘要关于氧化钒特性研究第I 页共I 页目次1 绪论 (1)1.1摘要 (1)1.2国内外研究现状 (1)2氧化钒晶体结构与特性 (2)2.1V2O5晶体结构与特性 (2)2.2VO2晶体结构与特性 (3)2.3V2O3晶体结构与特性 (4)2.4钒的各种氧化物的结构与特性比较 (4)3 相变原理 (5)3.1相变原理背景介绍 (5)3.2 VO2的相变特性及理论 (5)4氧化钒材料在红外探测中的应用 (7)4.1红外探测器综述 (7)4.1.1光子红外探测器 (8)4.1.2热敏红外探测器 (9)4.2氧化钒热敏薄膜研究 (11)4.2.1测辐射热计热敏材料 (11)4.2.2氧化钒热敏薄膜研究 (12)总结 (15)1 绪论1.1摘要V-O系是一个有多种化学计量配比化合物的系统,由于V的价态结构非常复杂，可以和氧结合形成以状态存在的多种氧化物以及它们的混合相。
氧化钒种类很多，主要有V2O5,VO2,V2O3,VO等, 且常常共存，不同组分的氧化钒薄膜其电学性质有明显的不同。
例如：单晶和多晶态的五氧化二钒具有较高的TCR（电阻温度系数）, 但其电阻率大,与微测辐射热计的外围电路不易匹配；而V2O3和VO 薄膜在室温下导体, 电阻率和TCR 都非常小. 相比之下，VO2薄膜在室温附近具有TCR 高, 电阻率小等特性,是制备测辐射热计的最佳热敏材料。
1.2国内外研究现状20世纪90年代起，兰州物理研究所报道过VO2材料的制备方法研究，并利用它们作为热致变色薄膜材料。
电子科技大学和重庆光电研究所合作报道了它们制备VO2膜的研究，主要用途为制作室温工作的红外传感器。
华中科技大学光电国家实验室九五期间在国家科技部和863计划支持下国内研制了一系列钒的氧化物膜系，其中利用VO2薄膜材料研制了室温工作的红外传感器，达到下列技术指标：阵列规模：128 元线列；单元尺寸：50 ×50英寸；工作温度：室温；电阻温度系数(TCR):2%；噪声等效温差(NETD)：200 /mk。
基于二氧化钒薄膜的柔性器件的制备及应用
摘要近年来，随着人工智能和可穿戴设备的发展，具有可弯折、可延展特性的柔性电子器件，在信息、能源、医疗和军事等领域得到了广泛应用。
目前，柔性电子器件的大规模集成和应用还主要集中于有机材料。
相比于有机材料，二维无机薄膜材料具有更优异的电学、光学、热学、力学和磁学等性质。
随着转印技术的发展，二维无机薄膜材料，例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、锆钛酸铅(PZT)等，被广泛用于柔性电子器件中，不仅大大提高了柔性电子器件的性能，而且促进了柔性电子器件对传统刚性电子器件的替代。
二氧化钒(VO2)薄膜材料，因其优异的金属-绝缘相变性质和高于其他材料的电阻温度系数，在开关器件和红外成像等方面得到了广泛应用。
目前，基于VO2薄膜的柔性电子器件的研究还处于初始阶段，VO2薄膜材料的制备和转印，以及基于VO2薄膜的柔性电子器件在电学、热学和力学等方面的研究和应用，对无机柔性电子器件的发展具有重要意义。
针对以上问题，本论文采用了高分子辅助沉积法在SiO2/Si衬底上，制备了用于转印的高质量VO2薄膜。
在对转印工艺进行改进后，将VO2薄膜转印到了聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基底上。
之后，以层状结构的方式将VO2/PDMS与其他柔性基底，例如聚酰亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相结合，制备了电学性能优异的柔性电子器件，例如柔性呼吸传感器、柔性红外传感器和柔性温度-脉搏传感器。
在实际应用中，传感器在对拉伸应变调控、震动响应、红外传感、温度检测和呼吸探测等方面，具备了和刚性电子器件相比拟的电学特性，并且响应时间快、灵敏度高、可靠性高和抗疲劳特性好。
在使用高分子辅助沉积法对VO2薄膜的生长及VO2薄膜转印的研究中，通过对VO2薄膜沉积结晶的热力学过程进行分析，在780 K和还原性气氛的生长条件下，实现了VO2薄膜在SiO2/Si衬底上的生长。
VO2薄膜的绝缘-金属转变温度为360 K，金属-绝缘转变温度为328 K。
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探討不同氧氣濃度於五氧化二釩薄膜在非揮發性變阻式記憶體元件之應用吳佳霖1 曾世賢1 陳開煌2*鄭建民11南台科技大學電子工程系 2東方技術學院電子與資訊工程系本研究是利用射頻磁控濺鍍法沉積五氧化二釩介電薄膜，在矽基板上製作成之(Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)結構，探討其結構特性在於非揮發性電阻式記憶體元件之應用。
並藉由不同之濺鍍參數的改變，探討結構中五氧化二釩介電薄膜對於非揮發性之電阻式記憶體元件的影響。
另外在MIS 之結構中，對於五氧化二釩薄膜將利用不同快速熱退火溫度來改善其物性與電特性。
以期藉由改善非揮發性電阻式記憶體元件中之最佳物性與電性。
由本實驗之結果可以發現五氧化二釩薄膜最佳沉積參數為氧氣濃度40 %與濺鍍功率為200W，另外在外加電場0.6 MV/cm時五氧化二釩薄膜的漏電流大小約為1×10-5 A/cm2，另外可以由電性發現，五氧化二釩非揮發性之電阻式記憶體元件on/off ratio為103，另外在本研究中非揮發性之電阻式記憶體元件保持性可達到109次數。
關鍵字：非揮發性電阻式記憶體、射頻磁控濺鍍系統、介電薄膜、導通電流、保持性(1)前言近幾年來隨著科技的技術與資訊產業的發展日新月異，電子記憶體所扮演的角色可說是舉足輕重。
從1999年開始在非揮發性記憶體的的市場中，在需求中有突破性之發展如近幾年在3C產品中的行動電話、個人數位祕書(PDA)、隨身碟、個人電腦(PC)、數位相機卡、智慧卡、手機記憶體…等，而現今具有高速度、高容量、高可靠度之記憶體是不可缺乏的單元。
而一般之記憶體依功能可以分為兩大類，一類是強調高速存取的揮發性隨機記憶體(Random Access Memory，RAM)，雖然讀寫之速度快可低於奈秒(ns)以下，但是卻沒有永久記憶之功能。
而另外一類為強調可以永久記憶功能的非揮發性的唯讀記憶體(Read Only Memor y， ROM)，但是在其讀寫的速度卻是需要到微秒(μs)以上的時間。
故因為這兩種功能無法同時兼具，所以使得電子記憶體在應用上受到許許多多的限制。
現今非揮發性電阻式記憶體(Resistive Random Access Memories, RRAM)是在目前的電子產業中，努力朝向發展的一項技術，因為非揮發性電阻式記憶體(Resistive Random Access Memories, RRAM)是具有實用性發展潛力的記憶元件，它具有非揮發性、高讀寫速度、結構簡單、高積集度、保存時間長久、高耐久性、低操作電壓、抗輻射等多項優點。
而大部份的記憶體大都以具有過渡金屬氧化物成份之介電薄膜，例如﹕SrTiO3、TiO2、V2O5、MgO、ZnO等，由於具有高介電率與介電之特性，故一般被認為便是下個世代(Giga-bit scale) RRAM的重要關鍵材料[1-8]。
在過渡氧化物應用在雙電阻穩態記憶體的應用中，早在1963年Hickmott發現在不同方式所製備氧化鋁所形成的絕緣層[11]，使用鋁與金分別為下與上電極，可以形成在同一極性方向下有高與低的電阻態，在同一極性，因此可以有兩個電阻狀態，高電阻狀態(high resistance state，HRS)與低電阻態(low resistance state，LRS)。
在絕緣層中雙穩態的現象產生前，利用偏壓所造成在絕緣層中電荷相互累積所造成的缺陷，此過程定義為形成製程（forming process）。
隨後在絕緣層中，可分為因為電壓所導致的負電阻（voltage control negative resistance；VCNR）或電流所控制的負電阻（current control negative resistance；CCNR），以進行穩定電阻雙穩態的變換 [13]。
在雙穩態電阻轉換與相變化記憶體主要的區別為後者絕緣層產生非晶相與多晶相的轉換，前者絕緣層並無相變化發生。
其主要材料分類可參見文獻回顧[11]。
在半導體技術路徑圖2005 (ITRS 2005)描述電阻式記憶體為“若高低電阻態效應可以有效控制，基於此效應之雙穩態電阻式記憶體可以被微縮至相當小的特徵尺寸(feature size)，讀寫的速度為離子傳導速率。
因為所見的現象所可能的機制還未知，此代表目前電阻式記憶體所面臨的問題。
另外，目前用以製備介電薄膜的鍍膜技術，有許多方法主要有電子槍蒸鍍法(e-beam evaporation)、溶膠-凝膠法(sol-gel process)、射頻磁控濺鍍( RF Magnetron Sputtering)、有機金屬分解法(MOD)以及化學氣相沈積(MOCVD)法。
而在本研究中主要是以使用射頻磁控濺鍍法在矽基板上沉積不同條件的五氧化二釩介電薄膜，在其上面來製作鋁電極形成(Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)結構，並找出最佳的濺鍍參數。
在Si基板上沈積五氧化二釩薄膜後，最後鍍鋁上電極，形成結構後，並去探討V2O5/Si結構取代MOSFET閘極氧化層後其導通與截止電流的大小。
(2)實驗步驟本實驗是採用反應性射頻磁控濺鍍法(RF magnetron sputtering)在矽基板上沈積五氧化二釩之介電薄膜，濺鍍之靶材製作是採用傳統的陶瓷粉末來製程，主要是以五氧化二釩(>99.8%純度)作為原始粉末，壓製成五氧化二釩的比例靶材。
首先計算與調配粉末所需要的重量與莫數將粉末之後，球磨一小時，使其混合均勻，再經由高溫爐中烘烤脫水，使其凝結成固狀，之後再球磨20分鐘後，進行煆燒二小時，以油式壓模機製出所需要的參吋靶材。
爾後將靶材放入高溫爐持溫去除黏劑，再將去完黏劑的靶材以1000 ℃持溫時間來進行最後的燒結，以形成本實驗所需的靶材。
圖1. V 2O 5 (五氧化二釩)target 製作流程。
圖2. Al/ V 2O 5/SiO 2/Si 之金屬-介電層-半導體層(Metal-Insulator-Semiconductor ，MIS)結構電性量測示意圖。
另外，將濺鍍所需使用之矽基板，表面的需保持非常潔淨，故需要分別使用丙酮、異丙醇與RO 水，以超音波震洗器洗淨，確保基板表面之潔淨，並以氮氣將基板表面吹乾，並使用射頻磁控濺鍍系統(RF magnetron sputtering system)來沉積五氧化二釩介電薄膜，其濺鍍之條件為濺鍍時間2小時、濺鍍功率200W 、腔室壓力為20 mTorr 、基板溫度為室溫與不同之氬氣與氧氣反應氣體之濃度，以探討其對物性及電性之影響。
然後將試片置於電子鎗真空蒸鍍系統(evaporator system, E-gun) ，以真空熱蒸鍍的方式蒸鍍鋁 (Al) 做為頂部電極，其中蒸鍍區域及探針接觸圓點直徑大小皆為1 mm ，其電極厚度約為500 nm 左右，形成如圖2所示的之金屬-介電層-金屬(MIS)電容式結構試片，並進行電特性量測。
物性的量測方面主要是以X 光繞射分析儀(X-ray diffraction, XRD) 來分析薄膜之晶向排列與排向，來決定薄膜沈積之最佳參數。
另外以α-step 來觀察在不同的氧濃度與薄膜之關係、並觀察薄膜厚度和計算沉積速率，電性量測方面分別以HP4194A 阻抗分析儀和HP4156C 半導體參數分析儀來量測薄膜的電容對電壓 (εr -V) 特性與電流密度對電場(J-E) 的特性。
(3)結果與討論本實驗在研究使用射頻磁控濺鍍法(RF sputtering)以不同的濺鍍參數下沉積五氧化二釩薄膜在矽基板上，形成一金屬層-電阻層-半導體層 (Metal-Insulator-Semiconductor, MIS)結構，量測其電特性，並找出最佳之參數。
與再經由熱退火處理後結合MIS 結構，並探討結構對記憶特性和電性的關係。
物性分析方面，圖3為不同氧氣濃度XRD 關係圖，可發現隨著氧氣濃度的增加，氧氣濃度40%時五氧化二釩 (400)結晶特性也越強。
利用掃描式電子顯微鏡(SEM)可以觀察薄膜的表面結構、側面結構與平整度。
圖3. 不同氧氣濃度下，V 2O 5 (五氧化二釩)薄膜沉積於SiO 2/Si 之XRD 圖。
圖4. V 2O 5五氧化二釩薄膜在氧氣濃度40%下，退火在不同溫度之XRD 圖。
圖4所示為五氧化二釩薄膜在金屬-介電層-半導體層(Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)結構中，以不同的溫度所呈現之X-ray繞射圖。
隨著沉積溫度的增加，(400)的晶向強度愈強。
這主要是在沉積五氧化二釩薄膜過程後，適當的退火溫度將增加薄膜的品質，所以在濺鍍後，給予一個適當退火溫度，可以直接降低五氧化二釩薄膜的缺陷密度。
但是當退火溫度增加到750o C時，(400)晶向強度反而變強，由實驗結果顯示適當的退火溫度將造成五氧化二釩薄膜結晶性較佳。
圖5. V2O5五氧化二釩薄膜在氧氣濃度40%AFM圖。
圖5為V2O5五氧化二釩薄膜在最佳濺鍍參數(氧氣濃度40%)之AFM圖，可以發現薄膜表面為均勻微小之晶粒且非常緻密的小圓石狀結構，比起一般的多晶結構，結晶顯得更明顯，表面的細緻度更佳。
圖6. 不同氧氣濃度下，V2O5五氧化二釩薄膜之漏電流密度與外加電場關係圖。
圖6所示為五氧化二釩薄膜在金屬-介電層-金屬層 (Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)結構中，以室溫度下沉積所呈現之漏電流密度與外加電場關係圖。
當外加電場在0.6 MV/cm時，五氧化二釩薄膜之漏電流約為1×10-5 A/cm2。
所以濺鍍五氧化二釩薄膜時，當濺鍍時間為120 min時可發現具有最低之薄膜漏電流。
圖6. 不同氧氣濃度下，五氧化二釩導通電流與外加電壓關係圖。
圖6所示為五氧化二釩薄膜在金屬-介電層-半導體層(Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)結構中，以室溫度下沉積所呈現之導通電流與外加電壓關係圖。
可以由電性發現，五氧化二釩薄膜在15V的電壓下具有高低阻態雙特性，另外可觀察其on/off ratio為103。
圖7. V2O5非揮發性電阻式記憶體元件保持性關係圖。
圖7所示為五氧化二釩薄膜在金屬-介電層-半導體層(Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)結構中，以室溫度下沉積所呈現之非揮發性之電阻式記憶體元件保持性關係圖。
可發現在本研究中非揮發性之電阻式記憶體元件保持性可達到109次數。
致謝本論文感謝國科會在經費上之補助(NSC97-2221-E-272-001)。
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