ZrO_2纳米粒子薄膜阻变特性研究

用水热法制备了ZrO_2纳米粒子,结构通过XRD表征,利用GaIn上电极对旋涂于ITO基底上薄膜进行伏安特性测试。结果表明,ZrO_2纳米粒子为微晶单斜相,随水热温度增加,结晶度增强。器件具有双极阻变特性,开关比随水热温度增加而减小,阈值电压则近乎线性增加。样品低阻态输运为欧姆特性,而高阻态符合空间电荷限制导电机制,阻变机理为氧空位导电细丝的形成与断裂。     

真空喷涂高分子包埋TiO_2纳米粒子薄膜阻变特性

真空喷涂制备了PFBT包埋Ti O2纳米粒子(NPs)高分子复合薄膜,利用Ga In/PFBT+Ti O2NPs/ITO器件结构对薄膜进行了伏安特性测试,研究分子与NPs质量比对其电学输运特性的影响。结果表明:器件均具有双极阻变开关特性,质量比对其电学特性影响不明显。分析发现薄膜高低阻态输运均为欧姆特性,阻变机理为电荷的捕获和释放,结合第一性原理计算验证,表明引入NPs后薄膜陷阱变浅导致其开关比较小。     

氧化镍溶胶-凝胶薄膜阻变特性研究

用溶胶-凝胶法在1TO基片上旋涂制备了NiO薄膜,通过对ITO/NiO薄膜/GaIn器件进行伏安特性测试,研究了溶胶浓度、退火、层数以及Cu掺杂等对其电学特性的影响.结果表明:所制备NiO薄膜具有良好可重复双极电阻开关特性.其中,2％Cu掺杂0.2 mol/L溶胶、双层、400℃退火1h制备的薄膜,阈值电压较低,约0.8 V;而开关比受以上因素影响不明显,约3× 102.分析发现薄膜高阻态的荷电输运符合空间电荷限制导电机制,而低阻态为欧姆特性,阻变开关机理为阈值电场及焦耳热导致的氧空位细丝的形成与断裂.     

ZrO_2-CuO复合纳米粒子薄膜阻变特性研究

利用水热法在180℃下制备ZrO_2-CuO复合纳米粒子(ZrCu),XRD测试表明随CuO含量增加,样品的结晶性变好。在ITO基片上旋涂制膜,通过GaIn微滴技术测试伏安特性,研究了复合比对ZrCu薄膜电学特性的影响。结果发现,ZrCu有良好可重复的双极阻变特性,随CuO含量增加,阈值电压降低,开关比降低。ZrCu低阻态符合欧姆特性,高阻态为空间电荷限制导电机制,阻变机理为氧空位细丝的形成与断裂。第一性原理计算结果与实验观察一致。     

基于射频磁控溅射法制备ZnO薄膜研究

研究射频磁控溅射法制备ZnO薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究溅射功率、溅射时间和退火温度对薄膜微结构特性的影响,并分析ZnO薄膜阻变特性。实验结果表明,沉积态薄膜择优取向为〈002〉晶向,随溅射功率和退火温度增加,择优取向显著增强,溅射功率120 W时薄膜生长速率可达4.8 nm/min,薄膜厚度92 nm的ZnO薄膜具有阻变特性且开关比可达104。     

退火温度对TiO2基电阻开关器件性能的影响

采用直流磁控溅射法在n+-Si上制备了TiO2薄膜,采用电子束蒸发镀膜仪在TiO2薄膜上沉积Au电极,获得了Au/TiO2/n+-Si结构的器件.研究了退火温度对薄膜结晶性能及器件电阻开关特性的影响.Au/TiO2/n+-Si结构的器件具有单极性电阻开关特性,置位(set)电压,复位(reset)电压、reset电流及功率的大小随退火温度的不同而不同,并基于灯丝理论对器件的电阻开关效应的工作机理进行了探讨.研究结果表明,500℃退火的器件具有良好的非易失性.器件高低阻态的阻值比大于103,其信息保持特性可达10年之久.在读写次数为100次时,器件仍具有电阻开关效应.     

SiNx薄膜中硅纳米粒子的制备及表征

通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)法, 以氨气和硅烷为反应气体, P型单晶硅和石英为衬底, 低温下(200℃)制备了含硅纳米粒子的非化学计量比氮化硅(SiN_x)薄膜. 经高温(范围500~950℃)退火处理优化了薄膜结构. 室温下测试了不同温度退火后含硅纳米粒子SiN_x薄膜的拉曼(Raman)光谱、光致发光(PL)光谱及傅立叶变换红外吸收(FTIR)光谱, 对薄膜材料的结构特性、发光特性及其键合特性进行了分析. Raman光谱表明. SiN_x薄膜内的硅纳米粒子为非晶结构. PL光谱显示两条与硅纳米粒子相关的光谱带, 随退火温度的升高此两光谱带峰位移动方向相同. 当退火温度低于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而蓝移. 当退火温度高于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而红移. 通过SiNx薄膜的三种光谱分析发现薄膜的光致发光源于硅纳米粒子的量子限制效应. 这些结果对硅纳米粒子制备工艺优化和硅纳米粒子光电器件的应用有重要意义.     

直流磁控溅射制备SnO2薄膜的阻变特性研究

采用直流磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2基片上分别以三种不同的基板温度和后热处理工艺制备了二氧化锡(SnO2)薄膜。采用X射线衍射仪对三种薄膜的晶格结构进行了分析表征,通过Keithley 4200半导体参数分析仪对薄膜的阻变特性进行了测试。实验结果表明:三种制备条件下的SnO2薄膜均具有阻变性能,基板温度350℃和850℃退火处理分别制备的薄膜同时具有良好的写入/擦除电压分布一致性、较好的高阻态阻值离散性和较大的开关比。初步讨论了三种薄膜阻变特性的机理,薄膜内部导电细丝的形成和断裂程度不同造成三种薄膜高低阻态电阻分布不同,同时影响了写入与擦除阈值电压的分布一致性等阻变参数。     

铋掺杂对SrTiO3薄膜微观结构及阻变行为的影响

采用溶胶-凝胶及快速退火工艺在p+-Si上制备了Bi掺杂SrTiO_3薄膜,构建了Ag/Sr_(1-x)Bi_xTiO_3/p+-Si结构阻变器件,研究了Bi掺杂量对薄膜微观结构、器件阻变行为及特性的影响。结果表明:Bi掺杂量较低时并未改变Sr_(1-x)Bi_xTiO_3薄膜的相结构,但随着掺杂比例的增大,晶粒尺寸也明显增大,当掺杂量x=0.16时,有Bi4SrTi4O15及TiO2相形成;不同Bi掺杂量的Ag/Sr_(1-x)Bi_xTiO_3/p+-Si器件均呈现出双极性阻变特性,且有明显的多级阻变行为。随Bi掺杂量的增加,器件的阻变性能逐步提高,当x=0.12时器件的高、低阻态电阻比值最大,达到105左右,并且在2 000次可逆循环测试下,高、低阻态电阻比未出现衰减,表现出良好的抗疲劳特性,但当掺杂量x达到或超过0.16后,器件的性能呈下降趋势。Bi掺杂量的增大会导致器件高阻态时的导电机制从空间电荷效应(SCLC)导电机制(x0.16)转变为肖特基势垒发射(x=0.16)。器件在低阻态下均遵循欧姆导电机制。     

基于CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜厚度的数模阻变转换机理EI北大核心

采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜,通过在CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件,采用XRD和XPS表征CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明:阻变层中主要由TiO_(2)和CeO_(2-x)组成。与Al/CeO_(2)/FTO器件相比,Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度下的阻变器件进行电学分析,研究表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件在不同CeO_(2-x)-TiO_(2)膜厚下其低阻态呈欧姆导电机制。随着CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度的增加,高阻态的阻变机制会发生本质变化,器件的阻变机制从氧空位导电细丝机制转变为缺陷对电荷的捕获/释放机制。研究发现Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)界面处的AlO_(x)层是阻变机制转变的关键,AlO_(x)层的增厚使器件从“数字型”转变为“模拟型”。     

强磁靶共溅射法制备具有室温磁电阻特性的Co-TiO2纳米复合薄膜

Co-TiO₂纳米复合薄膜作为一种新型自旋电子材料, 由于具有良好的生物相容性, 近年来受到广泛关注。但在制备过程中, 磁性金属Co处于氧化气氛, 容易部分氧化, 从而影响薄膜的隧道磁电阻性能。为了抑制磁性金属的氧化, 提高金属态含量, 本研究通过强磁靶共溅射法制备了Co-TiO₂纳米复合薄膜。该方法采用的强磁靶头, 磁场强度高、分布均匀, 可以提高溅射粒子的能量和溅射速率, 降低因高能粒子碰撞而发生氧化的概率。因此强磁靶共溅射法能明显抑制金属Co的氧化, 提高纳米复合薄膜的自旋极化率。所制备的Co-TiO₂纳米复合薄膜主要由非晶态的TiO₂基体和分散其中的Co颗粒组成。通过调节金属Co颗粒尺寸和分布状态, 在电学上实现了金属态向绝缘态转变, 在磁学上实现了铁磁性向超顺磁性转变。Co含量为51.3at%时, Co-TiO₂纳米复合薄膜表现为高金属态和高电阻率, 并且实现了高达8.25%的室温隧道磁电阻。强磁靶共溅射法使Co-TiO₂纳米复合薄膜的室温磁电阻性能得到了进一步提高, 这对于磁性金属—氧化物纳米复合薄膜的研究有着重要的意义。     

石墨烯∶聚合物复合薄膜的图形化制备与非易失性存储性能研究

采用旋涂技术、光刻技术、蒸发镀膜技术制备以图形化石墨烯∶聚合物复合薄膜为活性层,具有氧化铟锡/石墨烯∶聚合物/铝交叉型夹层结构的阻变器件。采用光刻胶为有机基体,实现阻变层的可图形化;通过优化石墨烯浓度,获得具有优良性能的可擦写非易失性阻变存储器件,讨论其阻变机制。实验表明,当石墨烯浓度为0.01%(质量分数)时,器件具有最佳的阻变特性,其开关比达8.9×103,且表现出良好的数据维持能力。     

BiFe0.95Mn0.05O3薄膜阻变效应的空间电荷限制电流机理分析

研究了BiFe0.95Mn0.05O3薄膜器件的双极性阻变效应。通过对薄膜器件的电流电压曲线进行电导机制的拟合分析,发现在低阻态时其电流电压关系遵循欧姆定律,而在高阻态时则满足指数分布陷阱控制的空间电荷限制电流规律。同时,还研究了限制电流对双极性阻变效应的影响,结果表明通过调节限制电流值,可以改变薄膜内形成的导电丝粗细,从而得到不同的低阻态,实现薄膜器件的多态存储功能。在导电丝理论的基础上,利用指数分布陷阱控制的空间电荷限制电流机理对这一现象进行了详尽的阐述。     

PLD法制备NiO薄膜及结构和形貌的研究

利用脉冲激光沉积法(PLD)在Si衬底上制备NiO薄膜,利用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对所制备薄膜的晶体结构和表面形貌进行表征分析,研究衬底温度和脉冲激光能量对NiO薄膜结构和形貌的影响,得到生长质量较高、择优取向的多晶NiO薄膜的一种最佳制备条件.制备了p-NiO/n-Si异质结器件,Ⅰ-Ⅴ特性测试表明,器件具有良好的整流特性.     

高温处理对ZnO薄膜及其忆阻性能的影响

本文研究了高温处理对ZnO薄膜及其忆阻效应的影响,发现利用经800℃高温处理后的ZnO薄膜制备的Cu/ZnO/Pt器件依然保持忆阻性能,并观察到无电形成过程的忆阻效应。研究表明,无电形成过程的原因在于高温处理后的ZnO薄膜出现了纳米级通道,使得在沉积顶电极Cu的过程中,形成天然的导电通道,使器件呈现低阻态。     

SnO2:F沉积的La0.67Sr0.33MnO3薄膜的电阻开关特性研究

采用脉冲激光沉积技术在SnO2:F(FTO)衬底上制备了La0.67 Sr0.33 MnO3( LSMO)薄膜.室温下利用直流电压对Au/LSMO/FTO三明治结构的器件进行了电化学测试.结果显示样品具有明显的双极性电阻开关性能.通过对I-V特性曲线进行分析,认为在高阻态时肖特基势垒和空间电荷限制电流输运机制调控.在高场区,电阻开关的高低阻态现象由电子陷阱中心分布的不对称引起的空间电荷限制电流理论来解释.     

Hf/HfO_2基双极阻变存储器研究

本文制备了纳米级的Hf/Hf O2基阻变存储器,阻变存储器上电极金属和下电极金属交叉,形成交叉点型的金属-氧化物-金属结构。系统地对其电学特性进行表征,包括forming过程、SET过程和RESET过程。详细研究了该阻变存储器SET电压与RESET电压,高阻态阻值与低阻态阻值间的关联性。该阻变存储器的电学参数与SET过程的电流限制值强相关,因此需要折中优化。利用量子点接触模型对Hf/Hf O2基阻变存储器的开关物理机制进行了分析。     

溶液法制备的NiO薄膜在有机太阳能电池中的应用

随着有机太阳能电池的发展,界面层在提高器件性能方面起着重要的作用,所以对界面层的研究越来越多。主要研究了溶液法制备的NiO薄膜作为阳极界面层在有机太阳能电池中的应用。研究发现,利用乙醇作为溶剂制备的NiO薄膜的表面形貌和结晶性受退火温度影响,通过优化300℃是一个比较合适的退火温度,在此温度下退火得到的NiO薄膜表现出比较好的连续性和结晶性。以此薄膜为阳极界面层制备的器件相比以PEDOT∶PSS为阳极界面层器件表现出了更好的性能。以NiO为界面层的P3HT∶PC61BM器件效率达到了4.27%,FF达到了70%。     

室温下制备非晶ZnO薄膜及其电阻开关特性研究

室温下采用紫外固化的方法取代溶胶-凝胶方法中的高温退火制备了氧化锌薄膜, XRD分析结果表明薄膜为非晶的, XPS分析结果表明薄膜的主要成分是ZnO。在深紫外固化后的薄膜表面溅射Al作为顶电极获得Al/a-ZnO/FTO结构的器件,研究深紫外照射时间对器件电阻转变性能的影响, 进一步解释了深紫外固化的机制。研究表明: 经过充足时间(12 h)照射的器件表现出双极性电阻开关特性,阈值电压分布集中(-3.7 V<V_set<-2.9 V, 3.4 V< V_reset<4.3 V)且符合低电压工作的要求, 至少在4000 s内器件的高低阻态都没有发生明显的退化, 表现出了良好的存储器特性。Al/a-ZnO/FTO器件的这种电阻转变特性可以用空间电荷限制电流传导机制解释。     

基于CeO2-x-TiO2薄膜厚度的数模阻变转换机理

采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_2-x-TiO₂薄膜，通过在CeO_2-x-TiO₂薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO阻变器件，采用XRD和XPS表征CeO_2-x-TiO₂薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明：阻变层中主要由TiO₂和CeO_2-x组成。与Al/CeO₂/FTO器件相比，Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_2-x-TiO₂/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_2-x-TiO₂厚度下的阻变器件进行电学分析，研究表明Al/CeO_2-x-TiO₂/FT...