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.     

基于沉积温度优化和后退火工艺改善a-Si∶H/c-Si界面钝化质量的研究

a-Si∶H薄膜作为钝化层,在提高硅异质结太阳能电池效率方面发挥关键作用,工业化生产中通常采用PECVD法制备制备a-Si∶H薄膜.在本文中,首先对关键工艺参数如沉积温度进行了优化,并在160℃下获得了最佳的钝化效果.接着,通过傅里叶变换红外光谱法对a-Si∶H薄膜的微结构进行表征,以探索其钝化机理:低温下制备的a-Si∶H薄膜氢浓度高并有微空洞,从而影响钝化效果;高温下制备的a-Si∶H薄膜消除了微空洞而明显改善钝化质量.但是,过高的沉积温度又会导致a-Si∶H薄膜中微空位的产生从而影响钝化效果.此外,对比了两种典型后退火工艺对钝化效果的影响:一种是基于200℃退火10 min,一种是基于450℃退火30 s,并对相关钝化机理进行了研究.结果表明,第二种退火方式明显改善样品的钝化效果,主要原因是该退火消除了低温沉积样品中的微空洞和高温沉积样品中的微空位.最后,通过透射电镜研究了退火后的a-Si∶ H/c-Si界面微结构,并未观察到影响钝化效果的外延生长.     

Ag/La0.67Ca0.33MnO3/p+-Si三明治结构器件的电致阻变性能研究

采用溶胶-凝胶工艺在p+-Si基片上制备了La0.67Ca0.33Mn O3薄膜,构建了Ag/La0.67Ca0.33Mn O3/p+-Si三明治结构的阻变器件,研究了器件的电致阻变性能。结果表明:Ag/La0.67Ca0.33Mn O3/p+-Si器件具有明显的双极性阻变特性,其高阻态(HRS)与低阻态(LRS)比(HRS/LRS)高于104,器件在高阻态和低阻态的电荷传导机制分别遵循Schottky势垒导电机制与空间电荷限制电流机制(SCLC)。器件在2×103次可逆循环测试下,高、低阻态比无明显变化,表现出良好的抗疲劳特性。根据器件的高、低阻态阻抗谱,可以得到阻变效应是由器件界面的肖特基势垒的改变与器件内部缺陷填充共同作用的。     

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.     

O2/(O2+Ar)流量比对ZnO-0.25mol; V2O5薄膜缺陷类型的影响

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积ZnO-0.25mol; V2O5(ZnO∶V)薄膜,研究了O2/(O2+Ar)流量比(0;~87.5;)对ZnO∶V薄膜中缺陷的影响.研究结果表明:沉积的ZnO∶V薄膜为具有c轴取向的纤锌矿结构,V以五价和四价形式共存其中.ZnO∶V薄膜中的缺陷态为氧空位(VO)和间隙锌(Zni)杂化形成的复合体,两者比例随O2/(O2+Ar)流量比而变化.     

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.     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.     

PVP掺杂对PEDOT∶PSS忆阻器学习行为的影响

采用旋涂法制备了Ag/PEDOT∶ PSS∶ PVP/Ta忆阻器,发现器件能实现电导的连续变化,并且测试了器件的电学基本性能,包括:模拟短时程可塑性(STP)转化长时程可塑性(LTP)与脉冲频率依赖可塑性(SRDP).测试结果表明:由于PVP掺杂降低了有机层电导,使得掺杂PVP忆阻器具有更大的正向电导变化范围,且大大提高了记忆曲线的弛豫时间常数.该器件具有较大的电导变化范围,易于外部电路的识别,且具有很好的一致性,可以用于大规模神经态电路中.     

低限流下含Ag电极的BiFeO3薄膜的阻变开关特性

采用磁控溅射系统在Pt衬底上构建了Ag/BiFeO3 (BFO)/Pt三明治结构的阻变存储器件单元,该器件可以在较低的限制电流下实现阻变行为并显著降低功耗.在0.5 μA的低限制电流下,器件具较好双极I-V滞回曲线,开关电阻比值超过1个数量级,有效开关次数达500次以上,阻态保持时间超过1.8 ×104 s,有较好的保持特性.分析了该Ag/BFO/Pt器件的阻变开关机制,主要归因于Ag原子在BFO薄膜内的氧化还原反应引起的金属导电细丝的形成与断开.     

NiFe2O4/(0.8BaTiO3-0.2Na0.5Bi0.5TiO3)异质结层状复合薄膜的磁电性能

采用脉冲激光沉积法在(001)-SrRuO3/SrTiO3(SRO/STO)衬底上生长了2-2型NiFe2O4/(0.8BaTiO3-0.2Na0.5 Bi0.5TiO3)(NFO/BT-NBT)磁电复合薄膜.X射线衍射仪(XRD)结果显示所有薄膜均为(00l)择优取向结构.物理性能测试结果表明:NFO/BT-NBT复合薄膜同时具有良好的铁磁性和铁电性,但不同的沉积顺序对复合薄膜的磁电耦合性能产生重要影响.以铁磁材料NFO为顶层的NFO/BT-NBT/SRO/STO异质结的磁电耦合系数(αE～110 mV·cm-1·Oe-1)大于以铁电材料BT-NBT为顶层的BT-NBT/NFO/SRO/STO异质结的磁电耦合系数(αE～80 mV·cm-1·Oe-1),这是NFO层受到衬底束缚作用不同的结果.     

氩氧混合气体及纯氧气氛下脉冲激光沉积法制备YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的研究

利用脉冲激光沉积法(PLD)在保证其它实验参数不变的情况下,分别在Ar∶O2为3∶1和纯O2的气氛中,在(001) SrTiO3 (STO)基片上制备了外延的高质量YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜.X射线衍射表明在氩氧混合气体下制备的YBCO薄膜具有更好的结晶质量.扫描电子显微镜测量结果发现:相比于纯O2氛围下制备的YBCO样品,在氩氧混合氛围中制备的薄膜表面具有较小颗粒密度.通过四引线法获得YBCO薄膜的归一化电阻(R/R100K)随温度(T)的变化关系发现,虽然对应不同氛围制备的YBCO薄膜的零电阻转变温度均为90.0K,但是,对应氩氧混合气体的YBCO具有更小的正常态电阻.研究结果表明脉冲激光制备YBCO的过程中,引入氩气可以改善YBCO薄膜的结构和性能.     

ZnO/NiO纳米异质结的合成及其光催化性能的研究

通过超声法成功制备出形貌均一的ZnO/NiO异质结光催化材料,并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)以及光致发光光谱(PL)等分析测试手段对样品的形貌和结构进行了表征.结果表明,ZnO/NiO异质结是由直径约400～600 nm的ZnO纳米球镶嵌着NiO纳米颗粒组成.对比纯NiO纳米颗粒、纯ZnO纳米球和ZnO/NiO异质结对罗丹明B(RhB)的紫外光降解效率,ZnO/NiO异质结表现了最好的光催化活性,这主要是由于ZnO/NiO异质结可以有效的分离光生电子和空穴对,使得它们的复合机率降低,提高其光催化效率.     

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.     

热处理工艺对室温制备ZnO:Al薄膜结构与光电性能的影响

采用室温溅射加后续退火工艺制备了ZnO∶ Al透明导电薄膜.研究了热处理工艺对薄膜微观结构和光电性能的影响.研究表明:退火有助于减小Al~(3+)对Zn~(2+)的取代造成的晶格畸变,消除应力,促进晶粒长大,有效提高电子浓度和迁移率,降低电阻率;当溅射功率为80 W、退火温度为320 ℃时,薄膜的电阻率可低至8.6×10~(-4) Ω·cm;退火气氛对薄膜的导电性能有较大影响,真空退火可使吸附氧脱附,大大降低薄膜的方块电阻.而退火温度和退火气氛均对ZnO∶ Al薄膜的透光率没有明显影响,薄膜的透光率在86;以上.     

ZnO/Ag球形异质结复合材料的制备及其吸光性能研究

采用水热法制备出球形ZnO颗粒,用微波辅助多元醇法对其表面进行修饰后得到ZnO/Ag异质结复合材料.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对样品的结构和形貌进行表征,用紫外-可见光谱分析了样品的吸光性能.结果显示:所制备的ZnO/Ag异质结是由面心立方的Ag纳米颗粒附着在纤锌矿结构的ZnO球表面形成的;与ZnO相比,ZnO/Ag异质结的紫外可见光吸收光谱发生明显红移,在紫外和可见光范围均有较强的吸收.     

铁酸镁/氧化锌纳米磁性复合材料的光催化性能

采用原位水热法合成MgFe2O4/ZnO纳米复合材料,通过窄带隙的磁性铁酸镁半导体与宽带隙的氧化锌半导体进行匹配并形成具有异质结的复合光催化剂.借助X射线衍射仪(XRD)分析样品的相结构、扫描电子显微镜观察样品微观形貌、振动样品磁场计(VSM)测试样品磁性能、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)表征MgFe2 O4/ZnO磁性纳米复合材料光催化性能.结果 表明,与MgFe2O4复合之后的MgFe2O4/ZnO磁性纳米复合材料对光的吸收范围拓宽到可见光范围,有效提高了ZnO的光催化性能,在可见光照射60 min后,对甲基橙溶液的降解率可达到95.2;,该催化剂5次循环后的活性仍然大于87.3;.     

ZnO掺杂对PVK∶Ir(ppy)3体系发光特性的影响

以无机纳米颗粒ZnO作为电子传输材料,并以不同质量比掺杂到PVK∶ Ir(ppy)3体系作为发光层制成一系列磷光器件,器件结构为:ITO/PVK∶ Ir(ppy)3∶ ZnO(100∶ 1∶ x)/ BCP/Alq3/Al, ZnO的掺杂浓度x分别为0;,1;,2;,5;,10;,研究了它们的电致发光特性.结果表明:合适比例ZnO掺杂可以改善器件的发光特性,ZnO的最佳掺杂量为1;,此时器件的相对发光强度是未掺杂的器件的4倍,器件的启亮电压也由未掺杂时的15.5 V降到了10.5 V.当掺杂浓度较大时,电子传输过多在电极另一侧形成漏电流,没有在发光层内进行电子与空穴有效复合,没有对发光起到作用,导致器件的发光性能下降.     

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。     

ZnO晶体的功能梯度分析

分析n-ZnO薄膜和硼掺杂p型金刚石薄膜在{111}面金刚石衬底上制作n-ZnO/p-金刚石p-n异质结的应用,ZnO体晶微观结构和缺陷分布及电阻、载流子浓度、迁移率分布特征,探讨了应用功能梯度材料理论研究ZnO晶体材料的方法.从而提出应系统地建立ZnO晶体内部组成和结构的梯度分布特性数据库,从不同的应用角度来进行ZnO晶体材料设计和研究.     

La-TiO2/ZnO异质结纳米复合材料的光催化性能

利用溶胶-凝胶法与固相混合法制备了掺La超微纳米晶TiO2负载ZnO异质结纳米复合材料La-TiO2/ZnO.采用比表面积(BET和BJH)、X-射线衍射(XRD)、紫外-可见光吸收(UV-vis)、高分辨透射电镜(HRTEM)和X-射线光电子能谱(XPS)表征催化剂的物理化学性能.La-TiO2/ZnO异质结光催化活性通过紫外光降解亚甲基蓝(MB)来评价,当nTiO2:nLa∶ nZnO=1∶0.015∶0.5时,光催化活性最佳.其主要原因是掺La超微纳米晶TiO2在ZnO表面形成多异质结,可有效抑制光生电子空穴对的复合.本文探讨了光催化活性较高的催化机理.