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研究生: 許峯陽
Syu, Fong-Yang
論文名稱: 整合全無機鈣鈦礦電阻式記憶體與光激發電池於光電積體電路之應用
Integration of all inorganic perovskite-based Resistive random access memory (RRAM) and Light emitting cell (LEC) for the application of optoelectronic integrated circuit
指導教授: 李亞儒
Lee, Ya-Ju
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 光電工程研究所
Graduate Institute of Electro-Optical Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: 鈣鈦礦微光顯影常溫合成電阻式記憶體光激發電池
英文關鍵詞: Perovskite, Lithography, Room temperature synthesis, Resistive random access memory, Light emitting cell
DOI URL: http://doi.org/10.6345/NTNU201900985
論文種類: 學術論文
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  • 本文研究常溫合成全無機鈣鈦礦CsPbBr3之鈣鈦礦光學材料特性與半導體記憶特性,用於發光與記憶體元件之應用。利用無機鈣鈦礦具有優良半導體的特性,我們以無機鈣鈦礦CsPbBr3製程薄膜元件,有發光與記憶之元件的效果。我們利用常溫合成無機鈣鈦礦的特性,並以X光繞射儀(XRD)、光激發螢光光譜(PL)、電子顯微鏡(SEM)用以鑑定材料之特性,最後製程多層結構鈣鈦礦元件。藉由微光顯影以提升元件特性,製作出匹配光激發電池(LEC)與可變電阻式記憶體(RRAM)的結合。通過觀察的I-V曲線,元件表現出設定電壓為5 V,復位電壓為-5 V,由此了解RRAM可以通過減緩缺陷累積來促進元件耐久性的優化。此外元件上的LEC在設定電壓為5 V發光,因此元件再同時間兼具RRAM與LEC的特性。

    In this study, we use room temperature synthesis approach to grow CsPbBr3 film for the fabrications of Light emitting cell (LEC) and Resistive random access memory (RRAM). The material characteristics of inorganic perovskite were systematically studied and identified by using X -ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), and electron microscopy (SEM). Through the proper design that involves a series of photolithography and semiconductor fabrications, the CsPbBr3 perovskite LEC and RRAM devices were successfully integrated. Such integrated device exhibits the set voltage was 5 V, and reset voltage was -5 V by monitoring the I–V curves, and the understanding of RRAM can promote the optimization of device endurance by slowing the defect accumulation rate. In addition, the device was emitting the light on the set voltage 5 V, so the device would have both property of RRAM and LEC at the same time.

    致謝 I 摘要 II Abstract III 目錄 IV 表錄 VIII 圖錄 IX 第一章、序論 1 1.1前言 1 1.2研究動機 2 1.3文獻回顧 3 第二章、實驗原理 4 2.1半導體量子點基本理論 4 2.2鈣鈦礦材料結構與量子點基本介紹 8 2.2.1鈣鈦礦結構 9 2.2.2製備室溫合成CsPbBr3量子點方法 10 2.3鈣鈦礦材料之特性 10 2.3.1鈣鈦礦CsPbBr3材料光學性質分析與量測 11 2.3.2光致激發螢光頻譜(PL)介紹與原理 11 2.3.3電致激發光頻譜(EL)介紹與原理 13 2.4記憶體簡介 15 2.4.1電阻式記憶體介紹 16 2.4.2可變電阻式記憶體結構 16 2.4.3電阻式記憶體電流操作與基本特性 17 2.4.4電阻轉換特性與電流傳導機制介紹 19 2.5光激發電池LEC (Light emitting cell) 22 2.5.1光激發電池結構 22 2.5.2光激發電池優點 23 2.6微影製程(Lithography) 24 2.6.1光阻與顯影液 25 2.6.2光刻系統 26 2.6.3微影製程過程 27 2.6.4微影製程結果 27 2.7射頻磁控濺鍍原理 29 2.8掃描電子顯微鏡 32 2.9功函數. 34 第三章、實驗儀器與流程 36 3.1實驗用品 36 3.2鈣鈦礦CsPbBr3室溫合成法 38 3.2.1鈣鈦礦前驅物配製 39 3.2.2鈣鈦礦CsPbBr3合成與純化流程 40 3.3微影蝕刻系統 42 3.4濺鍍系統 46 3.5元件製作流程 49 3.5.1清洗基板 49 3.5.2電阻式記憶體(RRAM)製作 49 3.5.3光激發電池(LEC)製作流程 55 3.5.4發光整合元件製作流程 57 3.6黑箱量測 58 第四章、實驗結果 60 4.1鈣鈦礦材料特性分析 60 4.1.1鈣鈦礦CsPbBr3量子點晶體結構 60 4.1.2鈣鈦礦CsPbBr3量子點的吸收光譜與激發光譜 61 4.1.3掃描式電子顯微鏡下的鈣鈦礦CsPbBr3 62 4.2鈣鈦礦CsPbBr3應用於RRAM之元件I-V特性 64 4.2.1微影製程後RRAM之元件I-V特性 65 4.2.2更換電極金屬後RRAM之元件I-V特性差異 67 4.3鈣鈦礦CsPbBr3應用於LEC元件的I-V特性與光譜 71 4.4鈣鈦礦CsPbBr3應用於整合之元件I-V特性與光譜 74 第五章、結論 78 第六章、參考文獻 79

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