含Ti电极的非晶钛酸锶薄膜的阻变开关特性研究

采用射频磁控溅射法制备Ti金属薄膜作为反应电极,结合脉冲激光沉积法在Pt/Ti/Si衬底上制备了Ti/非晶-SrTiO3-δ (STO)/Pt结构的阻变存储器件单元.器件的有效开关次数可达200次以上.利用5 mV的小电压测量处于高低阻态的器件电阻,发现在经过3.1 ×105 s以后,两种阻态的电阻值均没有明显的变化,说明器件具有较好的保持特性.器件处于高阻态和低阻态的电阻比值可达100倍以上.在9mA的限制电流下,器件的低阻态为500 Ω,有利于降低电路的功耗.氧离子和氧空位的迁移在阻变开关中起到重要的作用,界面层TiOx发挥着氧离子库的作用.阻变开关机制归因为导电细丝(Filaments)的某些部分出现氧化或者还原现象,造成导电细丝的形成和断开.     

W/TiO2/ITO薄膜的阻变性能及其机理研究

采用磁控溅射方法沉积TiO2薄膜及电极层,制备W/TiO2/ITO薄膜阻变存储器单元.利用原子力显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对薄膜进行表征,测试结果表明:TiO2薄膜表面平整、致密;组织结构以非晶为主,仅有少量的金红石相TiO2(110)面结晶;钛氧比为1∶1.92,其内部存在少量的氧空位.在电学测试中,元件呈现出了稳定的双极阻变现象,VSet分布在0.92 V左右,VReset分布在-0.82 V左右;元件窗口值稳定,数据保持特性良好.通过对元件Ⅰ-Ⅴ曲线线性拟合结果的分析,我们认为元件的阻变机理由导电细丝机制主导.进一步的分析发现,该导电细丝是由钨原子构成,钨原子在电场作用下发生氧化还原反应并在TiO2薄膜层中迁移,造成了导电细丝的形成和断裂.     

含Ag电极的非晶In-Ga-Zn-O薄膜的阻变开关特性

采用射频磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶InGaZnO4(α-IGZO)薄膜,利用直流磁控溅射法制备的Ag金属薄膜作为反应上电极,构建了Ag/非晶InGaZnO4(α-IGZO)/Pt结构的阻变存储器件单元。所制备的器件具有双极型阻变特性,写入时间仅为107 ns,经过300次循环开关后,器件仍显示良好的开关效应。对置于高低阻态的器件使用5 mV横电压测量其电阻,电阻值经过1.2×104s无明显衰减趋势,表明器件具有较好的保持特性。阻变开关机制归因于在外加电场的作用下,由于电化学反应,使得Ag导电细丝在存储介质α-IGZO薄膜中形成和溶解。     

高性能Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si阻变器件的研究

采用溶胶-凝胶工艺在p型单晶硅衬底上制备了La0.7Mg0.3MnO3薄膜,对薄膜的微观结构及Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si器件的电致阻变性能进行了研究.结果表明:La0.7Mg0.3MnO3薄膜在经过700℃退火2h后为单一的钙钛矿结构,沿(112)晶向择优生长,薄膜致密平整;Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si阻变器件具有典型的双极型阻变特性,具有非常高的电阻开关比,其高阻态(HRS)与低阻态(LRS)的比值高于105,以及较佳的耐疲劳性能,器件在1000次循环后高、低阻态比值没有明显变化;器件在高阻态(HRS)时的导电机制为Schotty势垒发射效应,低阻态(LRS)导电机制为导电细丝机制.     

机械磨抛对CdZnTe薄膜阻变特性的影响

采用磁控溅射法在ITO玻璃上制备了CdZnTe薄膜,探究机械磨抛对CdZnTe薄膜阻变特性的影响。通过对XRD图谱、Raman光谱、AFM显微照片等实验结果分析阐明了机械磨抛影响CdZnTe薄膜阻变特性的物理机制。研究结果表明,磁控溅射制备的薄膜为闪锌矿结构,F43m空间群。机械磨抛提高了CdZnTe薄膜的结晶质量;CdZnTe薄膜粗糙度(Ra)由磨抛前的3.42 nm下降至磨抛后的1.73 nm;磨抛后CdZnTe薄膜透过率和162 cm^-1处的类CdTe声子峰振动峰增强;CdZnTe薄膜的阻变开关比由磨抛前的1.2增加到磨抛后的4.9。机械磨抛提高CdZnTe薄膜质量及阻变特性的原因可能是CdZnTe薄膜在磨抛过程中发生了再结晶。     

溶胶浓度对Ag/Mgo.2Zn0.8O/ITO阻变异质结性能的影响研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ag/Mg0.2Zn0.8O/ITO异质结,研究了溶胶浓度对Mg0.2Zn0.8O薄膜生长行为、阻变性能和疲劳特性等的影响.研究表明:Mg0.2Zn0.8O为多晶薄膜,平整致密,且随溶胶浓度的增加结晶度逐步增强,但溶胶浓度过大会导致裂纹产生.阻变行为表明,随着溶胶浓度的增加,Vsct电压逐渐升高,高阻态的阻值(RHRS)逐渐下降,低阻态的阻值(RLRS)无明显变化,RHRs/ RLRS和无疲劳循环次数逐渐降低.不同溶胶浓度所制备Ag/Mg0.2Zn0.8O/ITO异质结遵循相同的导电机制,但低压区域遵循欧姆传导机制的范围有所不同,浓度为0.3 mol/L的薄膜具有较好的综合性能,其Vset低至1.2V、无疲劳循环次数达到230次、RHRs/ RLRS大于10.     

Sm、Co共掺杂对BiFeO3陶瓷漏电流和铁磁特性的影响

采用快速液相烧结法制备Bi0.95 Sm0.05Fe1-x Cox O3(x=0、0.05、0.1)陶瓷样品,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)对其结构、形貌和磁性进行了测量与分析.结果表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相吻合且具有良好的晶体结构,样品晶粒的大小随着Sm3+、Co3+掺杂而变小,其晶粒尺寸在1～5 μm; Sm3+、Co3+共掺杂有效地减小BiFeO3陶瓷的漏导电流,漏导电流密度下降1～2个数量级;所有样品在磁场为1000 Oe作用下具有完整的的磁滞回线,呈显出较弱的铁磁性.随着掺杂量x的增加,样品的铁磁性显著提高.当x为0.1时,样品具有较好的的铁磁特性.这可以理解为Sm3+、Co3+的掺杂,破坏BiFeO3样品中原有的反铁磁结构,形成一种新的亚铁磁结构,导致掺杂Co3+的样品磁性大幅度增强.     

电场调控Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO3异质结阻变与磁性研究

利用脉冲激光沉积法在0.7; Nb∶ SrTiO3衬底上制备了Co∶ ZnO薄膜,并构建了Pt/Co∶ ZnO/Nb∶ SrTiO3异质结器件.该器件表现出典型的双极性阻变效应,在正、负向电压作用下,器件电阻可以在低阻态和高阻态之间变换,电阻变换比值可达到104,阻态具有一定的保持性与耐久性,同时Co∶ ZnO薄膜的饱和磁化强度会产生与阻变相关联的可逆调控.结合ZnO薄膜阻变与磁性调控结果发现,氧空位在Co∶ ZnO/Nb∶ SrTiO3异质结的阻变及磁性调控中具有重要作用,并采用氧空位产生与湮灭结合载流子注入-束缚/解束缚模型解释阻变与磁性调控.     

La∶BiFeO3/Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO3纳米复合薄膜的铁电特性

采用脉冲激光沉积技术(pulsed laser deposition,PLD),在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了La0.1Bi0.9FeO3(BFO),Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO3(BNKT)和BFO/BNKT纳米复合薄膜.结果表明,复合薄膜的铁电特性比单层的BFO、BNKT薄膜有所增强.利用压电力显微镜(piezoresponse force microscopy,PFM)观察到了铁电畴.由于畴结构内部矫顽力分布不均匀,导致极化反转随时间改变,疲劳测试结果也证实了该结论.随着转换周期的增加,极化随之增强.运用PFM测量了纳米级的压电响应,同样证实了BFO/BNKT复合薄膜中的畴反转现象.     

La、Nb掺杂对Bi4Ti3O12薄膜介电性能和C-V特性的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备了Bi4-xLaxTi3O12和Bi4Ti3-yNbyO12铁电薄膜,研究了La、Nb掺杂对薄膜介电性能和C-V特性的影响.研究表明,在x<0.75、y<0.06范围内,随La、Nb掺杂量的增加, Bi4-xLaxTi3O12和Bi4Ti3-yNbyO12薄膜的介电常数和C-V特性曲线回滞窗口增大,介电损耗和漏电流密度减小.x>0.5时,Bi4-xLaxTi3O12薄膜可获得大于1.8 V的C-V回滞窗口,且经1010极化开关后其回滞窗口的减小未超过6;;而Nb掺杂对增大Bi4Ti3-yNbyO12薄膜C-V回滞窗口的作用更加明显,但经1010极化开关后,其回滞窗口的减小较为明显,并出现一定平移.     

外延铁酸铋薄膜铁电性和反转特性的研究

采用磁控溅射的方法在以SrRuO3 (SRO)为底电极的(001)取向的SrTiO3基片上制备了外延BiFeO3 (BFO)薄膜,并以氧化铟锡(ITO)和金属Pt为上电极构架了ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种薄膜电容器,研究上电极对外延BFO薄膜铁电性和反转特性的影响.结果表明,两种薄膜电容器均体现了良好的饱和电滞回线,当测试电场为333 kV/cm时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器的剩余极化强度分别为47.6 μC/cm2和56 μC/cm2,矫顽场分别为223 kV/cm和200 kV/cm.此外,两种薄膜电容器都具有良好的保持和抗疲劳特性.通过反转和非反转电流对时间的积分,可以计算出真实的极化强度.当反转电压幅值为17 V时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器电流的反转时间分别为0.48 μs和0.32μs,真实极化强度的计算值约为41μC/cm2和47 μC/cm2,此计算值和铁电净极化强度的测量值符合的很好.     

不同电极对外延BiFeO3薄膜铁电性能的影响

采用磁控溅射的方法在SrRuO3/SrTiO3(001)衬底上外延生长BiFeO3薄膜,研究以不同金属或氧化物做顶电极时的铁电、铁磁性质和漏电流及其导电机制。X射线衍射图谱和Φ扫描图结果显示BiFeO3薄膜沿c轴外延生长,以Pt、Al做顶电极的薄膜剩余极化强度2Pr为68μC/cm2,生长Pt/SRO、FePt顶电极的薄膜剩余极化强度较小,2Pr为44μC/cm2,矫顽场2Ec约为370±20 kV/cm。薄膜的漏电流密度较小而且趋于饱和,在U=12 V时最大为1.94×10-3A/cm2,体传导普尔弗兰克导电为BiFeO3薄膜主要的导电机制。BFO薄膜展现出弱磁性,饱和磁化强度为9.3 emu/cm3,矫顽场为338 Oe。     

多孔BiFeO3薄膜的光伏效应研究

采用溶胶-凝胶法,在不同退火温度下在FTO/玻璃衬底上制备了多孔 BiFeO3薄膜并对薄膜的光伏特性进行了研究.结果表明,在450 ～600℃退火的薄膜,均呈高度(100)择优取向;所有薄膜均为多孔薄膜,450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的孔径大小分别为2 μm,2μm,6 μm和lμm.孔隙的出现与加入乙醇胺的量直接相关,同时能够增强对光的吸收.450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的光学带隙分别为2.31 eV,2.50 eV,2.51 eV,和2.62 eV,所有光学带隙显著低于通常报道的结果.450℃与500℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的光电导效应,而600℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的体光伏效应.BiFeO3薄膜中的体光伏效应来自铁电极化产生的内建电场.     

Cu3N薄膜及其研究现状

Cu3N薄膜是近10年来研究的热点材料之一.Cu3N是立方反ReO3结构,理想立方反ReO3结构的一个晶胞中Cu原子占据立方边的中心位置而N原子占据立方晶胞的八个顶点,此结构的体心位置有一较大间隙,Cu原子以及其他原子如Pd、碱金属原子等很有可能进入此位置导致Cu3N的电学性能、光学性能等发生很大的变化,这使得该材料具有很大的潜在应用价值.Cu3N的晶格常数为0.3815nm,密度5.84g/cm3,分子量204.63,颜色呈黑绿色或红褐色,空间点群Pm3m.Cu3N薄膜在室温下相当稳定并且热分解温度较低(300℃左右),热分解前后薄膜的光学反射率有较大差别,这可使Cu3N薄膜用作一次性光记录材料.此外,Cu3N薄膜还可用作在Si片上沉积金属Cu线的缓冲层、低磁阻隧道结的阻挡层、自组装材料的模板等.     

Nuleation and Growth of Thin Ag Films Vacuum-deposited onto W

An attempt to analyse the nucleation and growth phenomenon in a typical “Stranski-Krastanov” (SK) growth system - Ag/W (PAUNOV , MICHAILOV 1979; MICHAILOV ), in terms of island growth theory was made. Ag-layers were analysed by the use of scanning electron-and optical microscopes. A strong dependence of the nucleation kinetics on supersaturation and grain orientation was found to exist. On the basis of known rate equations, the number of atoms in the critical cluster i and the value of nucleation potential barrier E were estimated. The comparison between the experimentally obtained size-, first nearest neighbour- and radial distributions and theory shows that: 1) nucleation and growth processes proceed through a surface diffusion of the atoms; 2) no coalescence between the crystallites and no crystal mobility exist.     

Ag掺杂ZnO薄膜结构和光学特性研究

采用脉冲激光沉积技术制备出了Ag掺杂的ZnO薄膜.研究了Ag含量、衬底温度及氧压对ZnO结构和光学性能的影响.结果表明:Ag以替位形式存在于ZnO晶格中,Ag掺杂浓度较低时,样品具有高度c轴择优取向.衬底温度越高,薄膜的结晶质量越好,光学带隙越接近纯ZnO的带隙,而其紫外荧光峰在衬底温度为300 ℃时最强.氧压为10 Pa时,薄膜的结晶质量最好,紫外峰最强,其带隙则随氧压的增大呈先变窄后加宽的趋势.     

气相辅助电沉积法低温制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的研究

采用低成本的气相辅助电沉积方法(vapor-assisted electro-deposition,VAED)成功制备了面积为15 cm2均匀致密的钙钛矿薄膜.首先通过电化学沉积制备PbO2薄膜,然后与HI气体反应得到PbI2薄膜,接下来再与HI和CH3NH2混合气体反应,得到CH3NH3PbI3薄膜.实验发现:电化学沉积电压对PbO2薄膜的表面形貌和微结构有重要影响;在PbO2向PbI2的转化过程中,随着反应时间的减小,PbI2的结晶性逐渐增强,最佳反应时间为10 min;在钙钛矿的转化过程中,当HI/CH3NH2体积比为1:2时可获得均匀致密、四方相的钙钛矿薄膜.本研究提供了一种低温制备大面积均匀CH3NH3PbI3薄膜的方法,得到的CH3NH3PbI3薄膜可望在光电器件中得到应用.     

Thermally Stimulated Discharge Current Studies in Thin Films of Polyacrylamide

TSDC of pure polyacrylamide films of thickness 22 μ grown by isothermal solution growth technique has been studied as a function of polarizing field and polarizing temperature at a constant heating rate of 0.09 K s¹ In these studies only one TSDC peak was observed and the temperature corresponding to this peak was found to be independent of polarizing field strength but dependent on polarizing temperature. The activation energies, relaxation parameters and charge associated with the peak were evaluated. The origin of TSDC is discussed.