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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

陶瓷单晶(100)基底上外延生长Pt薄膜

用对靶溅射技术在MgAl2O4 (100) (MAO) 和SrTiO3 (100) (STO)单晶基底上制备Pt薄膜.基底温度为700℃时,Pt薄膜外延生长为(200)取向,Pt/STO 薄膜的电阻率很低,而Pt/MAO 薄膜表现出高电阻特征.此外,Pt (50nm)/La0.67Ca0.33MnO3 (50nm)/STO的制备和研究表明,在包括庞磁电阻材料的器件设计中,Pt是一种较好的电极材料.     

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.     

SrRuO3导电层对快速退火制备Pb(Zr,Ti)O3薄膜结构和性能的影响

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上,制备了Pt/Pb(Zr,Ti)O3(PZT)/Pt和SrRuO3(SRO)/PZT/SrRuO3(SRO)异质结电容器,并研究了快速退火条件下SRO导电层对PZT结构和性能的影响.XRD测试表明,两种结构电容器中的PZT薄膜均为钙钛矿结构,SRO/PZT/SRO、Pt/PZT/Pt均具有较好的铁电性和脉宽依赖性,5 V电压下两电容器的剩余极化强度Pr和矫顽电压Vc分别为28.3 μC/cm2、1.2 V和17.4 μC/cm2、2.1 V.在经过1010次翻转后,SRO/PZT/SRO铁电电容器疲劳特性相对于Pt/PZT/Pt电容器有了较大的改善,但SRO导电层的引入也带来了漏电流增大的问题.     

非晶Cr/Ge多层膜的磁性和电性能研究

采用射频磁控溅射的方法制备了非晶[Crx/Ge10-x]20(x=0.1,0.3,0.5,0.8,1.1,1.6,2.7)多层膜.随着Cr层厚度增加,Ge层厚度减小,室温下薄膜磁性由抗磁性转变为铁磁性,同时样品出现了反常霍尔效应.扣除Ge层的抗磁性,制备态的[Cr2.7/Ge7.3]20的饱和磁化强度Ms可达33 emu/cm3.提出了磁性起源于Cr原子层间耦合的模型,薄膜的低温电阻导电机理属于自旋依赖电子变程跃迁机制.     

光照对BiFe0.95Mn0.05O3薄膜铁电和输运性质的影响

采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/ Ti/ SiO2/ Si(001)基片上制备了BiFe0.95Mn0.05O3(BFMO)薄膜,并构架了Pt/ SrRuO3/ BFMO/ Pt型电容器.X射线衍射(XRD)分析发现在650℃快速退火可以得到良好结晶质量的多晶薄膜.紫光入射到薄膜表面,电滞回线发生变化,这是由于光照在薄膜内部产生的光生载流子影响了退极化场的分布.研究表明,在紫光照射下,薄膜的漏电流密度变大,电导由5.1×10-7 S增大到6.63×10-7S.通过对暗电流密度的拟合发现,BFMO薄膜为欧姆导电机制.     

非晶 Ti-Al 过渡层对 Pt/Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt电容器结构和性能的影响

应用磁控溅射法在 Pt/Ti/SiO2/Si(001)衬底上制备 5 mm 厚超薄非晶 Ti-Al 薄膜作为过渡层,利用脉冲激光沉积法制备 Ba0.6 Sr0.4TiO3 薄膜,构造了 Pt/Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt(Pt/BST/Pt)和 Pt/Ti-Al/Ba0.6Sr0.4TiO3/Ti-Al/Pt(Pt/Ti-Al/BST/Ti-Al/Pt)结构的电容器,研究了 Ti-Al 过渡层对 Pt/BST/Pt 电容器结构及其性能的影响.实验表明,过渡层的引入有效地阻止了 Pt 电极和 BST 薄膜的互扩散,降低了 BST 薄膜氧空位的浓度,提高了铁电电容器的介电性能.当测试频率为 1 kHz、直流偏压为0 V时,介电常数由引入过渡层前的 530 增大到引入后的 601,介电损耗则由0.09减小到0.03.而且过渡层的引入有效地降低了 BST 薄膜的漏电流,使正负向漏电流趋于对称,在测试电压为5 V 时,漏电流密度由3.8×10-5 A/cm2 减小到 8.25 ×10-6 A/cm2.     

低铂Pt/SiC制备及对氧还原反应的催化性能表征

采用乙二醇回流法成功制备了理论含铂量为14;的Pt/SiC阴极催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对催化剂晶型结构、表面形貌和表面电子结构进行了表征.应用循环伏安法和旋转圆盘电极进行电化学测试,研究了Pt/SiC催化剂对氧还原反应催化活性.结果表明,在180℃条件下合成的Pt/SiC催化剂的平均粒径为3.4 nm,Pt是面心立方结构.Pt在SiC表面以0价为主,有利于O2在其表面的吸附和解离.Pt/SiC-180催化剂具有与商业Pt/C(20;)催化剂相近的氧还原催化性能.Pt/SiC-180催化剂的起始还原电位为0.95 V,氧还原过程以4-电子路径为主,且稳定性和抗甲醇中毒性能明显优于商业Pt/C催化剂.优良的催化性能和较低的含铂量使其有望成为低铂燃料电池阴极催化潜在材料.     

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.     

(001)高度择优取向Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt异质结的结构及性能

采用射频磁控溅射法结合高真空后退火处理,在MgO(001)单晶基片上制备了Pt薄膜.应用脉冲激光沉积法在Pt/MgO上进一步生长了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜.借助X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪、LCR表研究了BST/Pt/MgO的结构和性能.研究发现,700 ℃真空退火可以保证Pt薄膜在MgO基片上实现(001)高度择优生长,以(001)Pt薄膜为模板,可以进一步获得(001)高度择优取向具有铁电性能BST薄膜.在100 Hz测试频率下,BST薄膜最大介电常数为1100、调谐率为81;、品质因数为21;在7 V的电压下,漏电流密度1.85×10-5 A/cm2,进一步分析表明,BST薄膜在0～2.6 V之间满足欧姆导电机制,在2.6～7 V之间满足普尔-弗兰克导电机制.     

溶胶-凝胶法制备BiFeO3薄膜的结构及物性研究

应用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si(001)基片上制备了BiFeO3薄膜,构架了Pt/BiFeO3/Pt电容器.采用X射线衍射仪和铁电测试仪研究了Pt/BiFeO3/Pt电容器的结构和物理性能.实验发现BiFeO3最佳的结晶温度为600 ℃,X射线衍射图谱显示BiFeO3薄膜结晶状况良好,原子力显微镜照片显示BiFeO3表面颗粒均匀.Pt/BiFeO3/Pt电容器具有良好的电学性能,在驱动电压为5 V的情况下,Pt/BiFeO3/Pt电容器的电滞回线具有良好的对称性,漏电流密度小于10-4 A/cm2,研究发现BiFeO3薄膜log(J)/log(E)关系满足空间电荷限制电流传导机制.     

非晶Ni-Al阻挡层对快速退火制备的硅基Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜结构及物性影响的研究

应用非晶Ni-Al薄膜作为扩散阻挡层,采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法在Pt/TiO2/SiO2/Si(001)衬底上制备了Pt/Ni-Al/Ba0.6Sr0.4TiO3/Ni-Al/Pt电容器结构,研究了在650～800 ℃温度范围内快速退火(RTA)工艺对电容器结构和物理性能的影响.结果表明:在外加电场为-100 kV/cm时,700 ℃和750 ℃退火样品的介电常数达到最大,分别为150和170.非晶Ni-Al薄膜的应用可以有效地降低BST薄膜的漏电流密度.650 ℃退火样品在整个测试电场范围内满足欧姆导电机制;700 ℃、750 ℃和800 ℃退火样品分别在电压低于-3.67 V、-2.65 V和-2.14 V时满足欧姆导电机制,在电压高于-3.67 V、-2.65 V和-2.14 V时满足普尔-弗兰克导电机制.     

膜厚可调CuS对电极的研制与光伏应用

利用化学浴沉积法在FTO基底上制备了厚度可调CuS对电极(CE).通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计及电化学工作站对CuS对电极的物相结构、微观形貌、光学性质及电化学性能进行了表征.结果表明,在多硫电解液体系中,CuS对电极的电催化活性优于Pt电极;调控沉积周期,可进一步优化CuS对电极表面形貌及电化学性能;CuS对电极最佳沉积周期为6个周期(C),此时电荷转移电阻达到最小值0.67Ω/cm2,与CdSe胶态量子点敏化TiO2光阳极组装的电池,能量转换效率可达2.11;.     

沉积温度对BiFeO3薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射法制备SrRuO3(SRO)薄膜、脉冲激光沉积法制备BiFeO3(BFO),构架了Pt/SRO/BFO/SRO/SrTiO3(001)异质结,采用X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪研究了沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响.研究结果表明,随着温度的升高,BFO(001)和(002)衍射峰强度逐渐增强,BFO(110)和Bi2O3衍射峰强度逐渐减小,不同沉积温度下生长的样品都具有铁电性,在800 kV/cm的电场下,640 ℃下生长的BFO薄膜的剩余极化强度为65 μC/cm2.采用数学拟合的方法研究了Pt/SrRuO3/BiFeO3/SrRuO3/SrTiO3的漏电机理,结果表明BFO薄膜导电机理为普尔-弗兰克导电机理.     

用光辅助MOCVD制作巨磁阻薄膜PCMO

用光辅助MOCVD的方法成功地在LAO,Pt/Ti/SiO2/Si,Pt/LAO等不同的衬底上生长出巨磁阻材料PCMO,并且在室温无磁场的环境中观察到由脉冲电压诱导其电阻可逆变的效应(称为EPIR效应).实验证实,用此方法制备出的PCMO薄膜受到一定的脉冲电压驱动时,其电阻值可以增大,也可以减少,与所施加的脉冲极性有关,并且电阻值变化的大小与脉冲的数量有一定的关系,可以用多值的方式来记录和存储信息.这表明,用光辅助MOCVD制作的PCMO薄膜也具有可擦可写的,多值的存储信息的功能.可以被开发为高速读写,大容量的非易失性存储器,具有广阔的应用前景.