首先我們利用製程 F 製作β-Bi2O3(201)薄膜，製作於 Ag(111) 30nm 優選晶向 的下電極上，退火結束後再以沖孔網蒸鍍上電極，為了確認製程 F 製作在 Ag 薄膜 上依然具有優選並且沒有過高的粗糙度，我們製作完後依然需要 XRD 與 AFM 分 析，由 Fig.90 可以看到β-Bi2O3(201)優選特性依然存在，而有無下電極的製程 F 薄膜表面粗糙度，由沒有下電極的 Rq=8.651nm 提升至有下電極的 12.327nm，雖 然有所提升但還在可接受範圍，並不破壞電組切換特性。Fig.92
我們也在AFM(8μm╳10μm)表面形貌上看到(Fig.91)，表面上有晶粒聚攏呈現 小山丘狀，而分佈著山丘(1μm╳1μm)表面形貌與周邊平坦區域(1μm╳1μm)表面形
(002)(220) (222) (400) (203)
Fig.91 製程 F 製作於 Ag(111)下電極薄膜上的 AFM 表面形貌(8μm╳10μm)
Fig.92 製程 F 製作於 Ag(111)下電極薄膜上的 AFM 表面形貌(4μm╳4μm)
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Fig.93 製程 F 製作於 Ag(111)下電極薄膜上的 AFM 表面形貌(1μm╳1μm)，(左圖)表面上呈現山丘狀 聚攏的表面(右圖)相對較為平坦的區域
當我們正式施加偏壓於上下電極時，當施加達一定強度時，我們可以觀察到 Forming(Fig.94)，當 Forming 過後切斷施加於薄膜的偏壓，依然保存有 Set 行為之 後的阻態(LRS)，而再次逐步施加偏壓，電流大於限制電流值(CC)達一定強度時，
薄膜確實發生 Reset 行為，至此我們確認了利用製程 F 作為 MIM 元件組成中的絕 緣層，可以保有電組切換後的記憶特性，並且是單極性的電阻切換，表示無論施 加電壓的極性方向，皆可以驅動薄膜的電阻記憶。
~ 82 ~
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Forming Set
Fig.94 利用製程 F 製作β-Bi2O3(201)在 glass/Ag 30nm 的基板上，並在β-Bi2O3之上蒸鍍 Ag30nm(直 流的估算，可以發現到 HRS 漏電流機制的計算結果並不符合 Fowler-Nordheim tunneling， 發 現 到 在計算結果之中並沒有線性區段，而 Poole-Frenkel emission 約 在 較 高 電 場 區 間 內 有 些 線 性 區 段 但 並 不 明 顯 ，space charge limited current 也 是在高電場區間內有不明顯之線 性 區 段 ， 而 schottky emission 卻可以明顯得在 Forming 前發現到(Fig.96)，但是經數次切換後發現到，在同樣電場區間中 schottky emission 的消失，判斷主要是蕭基能障的貢獻不再，也就是說電極銀與介電層氧化 鉍之間的界面(能障)效應消失，此時有可能是銀原子或是離子溶入於氧化鉍薄膜內 部而導致 schottky emission 的主導地位消失。
經過數次切換後，schottky emission 的主導地位消失，此時漏電流效應反而是
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Trap assisted tunneling 與space charge 有可能是新的漏電流主導機制Fig.94。
Fig.95 未設置限制電流的 I-V Sweep
而如果以 Fig.96 的方式同樣做比較的化可以發現，其他在高阻態的傳導機制 在 Forming 前後，因為隨著電極與薄膜間界面的模糊導致Barrier Height的改變，使 Schottky、Poole-Frenkel 兩 者 的 效應消失，並且能障的改變也造成了在界面上累 積電荷而形成的space charge 變成不明顯，反而是因為薄膜內部氧空缺的缺陷做輔 助穿隧的Trap assisted tunneling 被突顯出來，推論是 Forming 前金屬與絕緣層之間 界面效應較容易被發現，但是 Forming 後界面的效應不再，剩下的主要就會是絕 緣層內部的貢獻。
而 Trap assisted tunneling 的傳導機制往往敘述的是絕緣層內部具有金屬缺陷 或是氧空缺的缺陷，而此類的缺陷電位陷阱也會捕捉電荷，從而使得電荷可能會 set process reset process
0 1000 2000 3000
-12
curve 1, forming curve 2
Fig.96 Forming 前後 HRS 漏電流估算 schottky emission
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1.07V，Vreset則是 0.61V，其電阻切換所需的操作電壓範圍僅需要 1.5V 的範圍內即
Switching cycles (Times) Vset
Switching cycles (Times)
HRS LRS
Fig.98 Ag/β-Bi2O3(201) /Ag 薄膜組成結構，連續 11 次切換 HRS 與 LRS 阻值分佈
~ 85 ~
0.999990 0.999993 0.999996 0.999999
0.9999996 0.9999998 1.0000000
80 120 160
J
exp(-1/E) Trap assisted tunnelling
J
exp(-1/E) Trap assisted tunnelling
0.999990 0.999993 0.999996 0.999999 0
0.9999995 1.0000000 1.0000005
200 400 600
J
exp(-1/E) Trap assisted tunnelling
J
exp(-1/E)
Trap assisted tunnelling
0.000000 0.000003 0.000006 0.000009 -27.0
0.000000 0.000001 0.000002 -26.5
-26.0 -25.5
ln(J/(E^2))
1/E Fowler-Nordheim tunneling
ln(J/(E^2))
1/E
Fowler-Nordheim tunneling
0.000000 0.000005 0.000010
-25.9 Fowler-Nordheim tunneling
ln(J/(E^2))
1/E Fowler-Nordheim tunneling
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
-11.9 Poole-Frenkel emission
1000 2000 3000
-9.0
ln(J/E)
E^(0.5) Poole-Frenkel emission
0.0 0.2 0.4 0.6