氧化铜纳米片器件的制备及性能研究
发布时间：2021-10-17 19:00
纳米级半导体金属氧化物材料由于其良好的电学性能、稳定的化学性能及较高的性价比为新型功能材料的发展提供了充足的先决条件,在大多数的金属氧化物半导体中,氧化铜（CuO）作为一种窄禁带p型半导体,在催化、电池、太阳能转换、气体传感、场发射等领域具有重要的工业应用价值。本文利用纳米CuO电学方面的电阻转换特性与光学方面的生物传感特性,制备了基于CuO纳米材料的忆阻器件及表面增强拉曼散射（SERS）基底两种微纳器件,研究了CuO忆阻器件的记忆电阻特性、多级电阻效应,以及CuO-Ag复合SERS基底对于不同待测分子痕量检测的灵敏度和检测极限。利用激光辐照的方式对器件活性层进行改性,最后对器件的作用机理以及激光改性方式进行了分析。采用CuO纳米片喷墨打印制备了忆阻器件,解决了传统成型工艺需要高温、高真空、沉积时间长的问题,制得的CuO纳米片忆阻器件具有典型的忆阻特性,具有明显的高低电阻状态,并且不同阻态的电阻可以实现多级可控。同时,采用了旋涂工艺实现了高灵敏度、重现性良好的SERS基底的制备,并且实现了对染料分子罗丹明6G和双酚A的低浓度痕量检测,检测极限分别能够达到10-12...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同形貌的CuO纳米材料(Zhang,2014)
6的关系(Chua,2011)。这种组件的效果是它的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。简单说，忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，它的作用基础是电阻转换效应，是指材料的电阻在电压作用下发生变化的现象，特征曲线即是电压和电流的滞回曲线。一般而言，忆阻器件具有两种或两种以上的电阻状态，可以通过器件活性层内带电掺杂物（如带电粒子、空位等）的移动来实现受控电阻的转变(Liang,2014)，从而实现信息存储。2008年，惠普实验室首次明确了记忆电阻器装置的理论与实际应用之间的联系。它们以薄膜二氧化钛(TiO2)为绝缘层夹在上下两个电极之间，观察到其明显的记忆行为。自此之后，已经在平面薄膜器件中证实了高质量氧化物薄膜的忆阻行为，例如TiO2(Strukov,2008),ZnO(Ghosh,2018),TaOx(Wang,2018),SiOx(Chang,2013),HfOx(Syu,2013)等。图1-2四种基本电路元件及其之间的关系(Prodromakis,2013)据报道，CuO基薄膜作为阻变层材料与其他候选材料相比，显示出更优越的保持特性和出色的循环耐久性(HanandMeyyappan,2011)。并且铜是集成电路(IC)中互连的常用材料，铜及其氧化物有望与现代制造技术高度兼容。此外，与其他氧化物相比，CuO具有丰度高、成本低、制备方便、无毒等突出优点，且易于制备多种形貌，具有广泛的应用前景。Dong等人(Dong,2007)对CuO薄膜的忆阻器件进行了研究，通过热氧化法制备的氧化铜薄膜作为阻变层材料，观察到了明显的双极型特性。Lin等人(Lin,2009)发现CuxO薄膜作为阻变层，器件Al/CuxO/Cu的耐久度得到了提高，高低阻态阻值比超过100，耐久度超过10000循环。Wu等(Wu,2010)研究了器件Al/CuxO/Cu和TaN/CuxO/Cu型忆阻器件的
7阻变机理和保持特性，结果表明Al作为上电极可以使器件循环上千次，还拥有更大的开关比，更好的稳定性以及更好的耐久性。Kim等人(Kim,2009)利用热生长法制备Au/CuxO/Pt结构的忆阻器件具有双极型阻变特性，其导电细丝的形成与断裂机理可以用热化学效应解释。Liang等人(Liang,2014)研究了Ni/CuxONW/Ni型忆阻器件，发现器件表现出无需成形的电阻式开关行为，并且具有低的操作电压。尽管研究人员已经对CuO忆阻器件进行了大量的研究，但是还存在一些需要克服的重点和难点。例如，忆阻器件的成型方法大多需要在高真空或高温条件下，如热蒸发、脉冲激光沉积、溅射等，过程复杂，且沉积时间较长。所以需要研究室温下、快速、适合大批量生产的器件成型方法。其次，目前忆阻器的测试主要集中在对器件单元的忆阻特性的分析上，而缺乏对其他一些重要的电学特性例如忆阻器的多阻态特征、阻态切换耐久性、保持力特征等方面的有效检测；且其测试方法比较单一，不够完善，测量精度有待进一步提高。此外，在器件的电学性能优化上，大多采用改换电极材料(Guo,2018)、掺杂(Chai,2017)、内置氧浓度梯度(Wang,2018)等，缺乏对于已成型器件的外部优化的简单有效的方法。图1-3几种典型的忆阻器模型(Chang,2013；Ghosh,2018；Strukov,2008；Lin,2016)超级电容器赝电容（图1-4）是一种超级电容，与二次电池相比，准电容具有更高的功率密度、更长的寿命周期和更高的能效，引起了人们越来越多的关注(Tiwari,2012)。被广泛用作赝电容器的电极材料的主要有两种主要类型的材料，导电聚合物和金属氧化物半导体(Wang,2012)。金属氧化物半导体材料(RuO2,SnO2,
【参考文献】：
硕士论文
[1]表面增强拉曼光谱法检测双酚A的研究[D]. 汪仕韬.江南大学 2010
本文编号：3442262
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同形貌的CuO纳米材料(Zhang,2014)
6的关系(Chua,2011)。这种组件的效果是它的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。简单说，忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，它的作用基础是电阻转换效应，是指材料的电阻在电压作用下发生变化的现象，特征曲线即是电压和电流的滞回曲线。一般而言，忆阻器件具有两种或两种以上的电阻状态，可以通过器件活性层内带电掺杂物（如带电粒子、空位等）的移动来实现受控电阻的转变(Liang,2014)，从而实现信息存储。2008年，惠普实验室首次明确了记忆电阻器装置的理论与实际应用之间的联系。它们以薄膜二氧化钛(TiO2)为绝缘层夹在上下两个电极之间，观察到其明显的记忆行为。自此之后，已经在平面薄膜器件中证实了高质量氧化物薄膜的忆阻行为，例如TiO2(Strukov,2008),ZnO(Ghosh,2018),TaOx(Wang,2018),SiOx(Chang,2013),HfOx(Syu,2013)等。图1-2四种基本电路元件及其之间的关系(Prodromakis,2013)据报道，CuO基薄膜作为阻变层材料与其他候选材料相比，显示出更优越的保持特性和出色的循环耐久性(HanandMeyyappan,2011)。并且铜是集成电路(IC)中互连的常用材料，铜及其氧化物有望与现代制造技术高度兼容。此外，与其他氧化物相比，CuO具有丰度高、成本低、制备方便、无毒等突出优点，且易于制备多种形貌，具有广泛的应用前景。Dong等人(Dong,2007)对CuO薄膜的忆阻器件进行了研究，通过热氧化法制备的氧化铜薄膜作为阻变层材料，观察到了明显的双极型特性。Lin等人(Lin,2009)发现CuxO薄膜作为阻变层，器件Al/CuxO/Cu的耐久度得到了提高，高低阻态阻值比超过100，耐久度超过10000循环。Wu等(Wu,2010)研究了器件Al/CuxO/Cu和TaN/CuxO/Cu型忆阻器件的
7阻变机理和保持特性，结果表明Al作为上电极可以使器件循环上千次，还拥有更大的开关比，更好的稳定性以及更好的耐久性。Kim等人(Kim,2009)利用热生长法制备Au/CuxO/Pt结构的忆阻器件具有双极型阻变特性，其导电细丝的形成与断裂机理可以用热化学效应解释。Liang等人(Liang,2014)研究了Ni/CuxONW/Ni型忆阻器件，发现器件表现出无需成形的电阻式开关行为，并且具有低的操作电压。尽管研究人员已经对CuO忆阻器件进行了大量的研究，但是还存在一些需要克服的重点和难点。例如，忆阻器件的成型方法大多需要在高真空或高温条件下，如热蒸发、脉冲激光沉积、溅射等，过程复杂，且沉积时间较长。所以需要研究室温下、快速、适合大批量生产的器件成型方法。其次，目前忆阻器的测试主要集中在对器件单元的忆阻特性的分析上，而缺乏对其他一些重要的电学特性例如忆阻器的多阻态特征、阻态切换耐久性、保持力特征等方面的有效检测；且其测试方法比较单一，不够完善，测量精度有待进一步提高。此外，在器件的电学性能优化上，大多采用改换电极材料(Guo,2018)、掺杂(Chai,2017)、内置氧浓度梯度(Wang,2018)等，缺乏对于已成型器件的外部优化的简单有效的方法。图1-3几种典型的忆阻器模型(Chang,2013；Ghosh,2018；Strukov,2008；Lin,2016)超级电容器赝电容（图1-4）是一种超级电容，与二次电池相比，准电容具有更高的功率密度、更长的寿命周期和更高的能效，引起了人们越来越多的关注(Tiwari,2012)。被广泛用作赝电容器的电极材料的主要有两种主要类型的材料，导电聚合物和金属氧化物半导体(Wang,2012)。金属氧化物半导体材料(RuO2,SnO2,
【参考文献】：
硕士论文
[1]表面增强拉曼光谱法检测双酚A的研究[D]. 汪仕韬.江南大学 2010
本文编号：3442262
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