新颖二维氧化物薄膜与功能器件的原子尺度透射电镜原位研究
发布时间：2024-12-18 03:23
透射电子显微镜是在纳米乃至原子尺度表征材料微观结构最为有力的工具。随着球差校正技术的发展,透射电镜可以实现亚原子尺度的分辨能力。材料与器件在服役条件下所发生的各类结构变化是理解其工作机制的重要基础,也是指导新材料与器件的开发及改进的重要条件。透射电镜原位技术就是通过在透射电镜中对样品施加各类作用,从而获得样品在外场下动态行为的表征技术,是将样品结构与性能相联系的重要手段。目前光电功能材料与器件的发展备受关注,然而透射电镜原位光电技术仍然不甚成熟,难以满足原子分辨表征的要求。因此我们采用了原位MEMS芯片的技术方案,通过在芯片上设置微型LED与电极,成功开发了原位光电芯片。并通过芯片与原位样品杆、源测量单元以及控制电脑的集成,搭建了完整的原位光电测试平台。在实际样品测试中,该平台具备稳定性高、精度高、响应速度快等优势,很好地满足了亚原子尺度表征及各类谱学分析技术的应用要求。基于这一平台,我们开展了材料与器件工作机制的原位研究。在结构为Graphene/MoS2-xOx/Graphene的纯二维材料忆阻器中,我们不仅发现其具有良好的忆阻性能,更有着高达340℃的耐高温性能。为研究其工作机制,...
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 透射电子显微镜的原理及发展现状
1.1.1 主要部件及成像原理
1.1.2 电镜谱学分析手段
1.2 透射电镜原位技术
1.2.1 对电镜的专门改造
1.2.2 原位样品杆的发展
1.2.3 基于微机电系统(MEMS)技术的原位芯片
1.3 透射电镜原位光照技术发展现状
1.3.1 电镜腔体的光学系统引入
1.3.2 原位光学样品杆的发展
1.3.3 现有技术面临的挑战
1.4 聚焦离子束技术简介
1.4.1 聚焦离子束的组成及工作原理
1.4.2 聚焦离子束制备透射电镜样品
1.5 原位MEMS芯片的光电功能集成
参考文献
第二章 透射电镜原位光电测试平台的开发
2.1 原位光电MEMS芯片的设计及制作
2.1.1 芯片设计与掩膜版绘制
2.1.2 芯片制作工艺流程
2.1.3 发光二极管(LED)的集成
2.2 源测量单元控制界面的设计与编写
2.3 光照模型建立与数值模拟
2.4 平台集成与主要性能测试
2.4.1 工作稳定性
2.4.2 实际工作寿命
2.4.3 对半导体样品的原位光电测试效果
2.5 进一步改进
2.6 本章小结
参考文献
第三章 纯二维材料忆阻器的透射电镜原位研究
3.1 忆阻器及二维材料概述
3.1.1 忆阻器的基本原理与特点
3.1.2 典型二维材料简介
3.1.3 二维材料异质结的制备及性能
3.1.4 用于忆阻器开发的二维材料
3.2 纯二维材料忆阻器的性能特征
3.2.1 纯二维材料忆阻器的电学性能
3.2.2 纯二维材料忆阻器的高温性能
3.3 氧化MoS2二维薄膜的原位加热研究
3.4 纯二维材料忆阻器工作机制的原位研究
3.4.1 透射电镜原位测试在忆阻器研究中的应用
3.4.2 聚焦离子束制备原位芯片器件截面样品
3.4.3 基于原位光电测试平台的原位开关实验
3.4.4 基于空位浓度变化的工作机制
3.4.5 机械性能测试及应用展望
3.5 本章小结
参考文献
第四章 多铁氧化物薄膜存储结构的透射电镜原位研究
4.1 铁电材料与应用概述
4.2 铁电氧化物薄膜中的极化与畴结构
4.3 透射电镜在铁电氧化物薄膜研究中的应用
4.3.1 利用衍射衬度研究畴结构
4.3.2 原子尺度扫描透射成像与极化分布分析
4.3.3 透射电镜原位技术研究铁电畴的动态过程
4.4 PMN-PT铁电畴翻转的原位TEM表征
4.5 多铁氧化物薄膜异质结的原位STEM表征
4.5.1 电容结构原位样品的制备及静态分析
4.5.2 外场下PZT薄膜的极化翻转过程
4.5.3 动态铁电畴的原子尺度表征
4.5.4 低速状态下畴壁的运动机制
4.5.5 极化翻转与LSMO界面铁磁状态原位调控
4.6 本章小结
参考文献
第五章 自支撑钙钛矿氧化物薄膜的亚原子分辨电镜表征
5.1 自支撑钙钛矿氧化物薄膜概述
5.2 超薄自支撑钙钛矿氧化物薄膜的亚原子分辨表征
5.2.1 超薄自支撑钙钛矿氧化物薄膜转移及样品制备
5.2.2 超薄自支撑钙钛矿氧化物薄膜的截面分析
5.3 自支撑BiFeO3薄膜的应变与挠曲电特性研究
5.3.1 挠曲电效应概述
5.3.2 自支撑BiFeO3薄膜的应变与晶格畸变
5.3.3 挠曲电效应对BiFeO3薄膜极化的影响与应用
5.4 本章小结
参考文献
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
攻读博士期间学术成果
致谢
本文编号：4016976
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 透射电子显微镜的原理及发展现状
1.1.1 主要部件及成像原理
1.1.2 电镜谱学分析手段
1.2 透射电镜原位技术
1.2.1 对电镜的专门改造
1.2.2 原位样品杆的发展
1.2.3 基于微机电系统(MEMS)技术的原位芯片
1.3 透射电镜原位光照技术发展现状
1.3.1 电镜腔体的光学系统引入
1.3.2 原位光学样品杆的发展
1.3.3 现有技术面临的挑战
1.4 聚焦离子束技术简介
1.4.1 聚焦离子束的组成及工作原理
1.4.2 聚焦离子束制备透射电镜样品
1.5 原位MEMS芯片的光电功能集成
参考文献
第二章 透射电镜原位光电测试平台的开发
2.1 原位光电MEMS芯片的设计及制作
2.1.1 芯片设计与掩膜版绘制
2.1.2 芯片制作工艺流程
2.1.3 发光二极管(LED)的集成
2.2 源测量单元控制界面的设计与编写
2.3 光照模型建立与数值模拟
2.4 平台集成与主要性能测试
2.4.1 工作稳定性
2.4.2 实际工作寿命
2.4.3 对半导体样品的原位光电测试效果
2.5 进一步改进
2.6 本章小结
参考文献
第三章 纯二维材料忆阻器的透射电镜原位研究
3.1 忆阻器及二维材料概述
3.1.1 忆阻器的基本原理与特点
3.1.2 典型二维材料简介
3.1.3 二维材料异质结的制备及性能
3.1.4 用于忆阻器开发的二维材料
3.2 纯二维材料忆阻器的性能特征
3.2.1 纯二维材料忆阻器的电学性能
3.2.2 纯二维材料忆阻器的高温性能
3.3 氧化MoS2二维薄膜的原位加热研究
3.4 纯二维材料忆阻器工作机制的原位研究
3.4.1 透射电镜原位测试在忆阻器研究中的应用
3.4.2 聚焦离子束制备原位芯片器件截面样品
3.4.3 基于原位光电测试平台的原位开关实验
3.4.4 基于空位浓度变化的工作机制
3.4.5 机械性能测试及应用展望
3.5 本章小结
参考文献
第四章 多铁氧化物薄膜存储结构的透射电镜原位研究
4.1 铁电材料与应用概述
4.2 铁电氧化物薄膜中的极化与畴结构
4.3 透射电镜在铁电氧化物薄膜研究中的应用
4.3.1 利用衍射衬度研究畴结构
4.3.2 原子尺度扫描透射成像与极化分布分析
4.3.3 透射电镜原位技术研究铁电畴的动态过程
4.4 PMN-PT铁电畴翻转的原位TEM表征
4.5 多铁氧化物薄膜异质结的原位STEM表征
4.5.1 电容结构原位样品的制备及静态分析
4.5.2 外场下PZT薄膜的极化翻转过程
4.5.3 动态铁电畴的原子尺度表征
4.5.4 低速状态下畴壁的运动机制
4.5.5 极化翻转与LSMO界面铁磁状态原位调控
4.6 本章小结
参考文献
第五章 自支撑钙钛矿氧化物薄膜的亚原子分辨电镜表征
5.1 自支撑钙钛矿氧化物薄膜概述
5.2 超薄自支撑钙钛矿氧化物薄膜的亚原子分辨表征
5.2.1 超薄自支撑钙钛矿氧化物薄膜转移及样品制备
5.2.2 超薄自支撑钙钛矿氧化物薄膜的截面分析
5.3 自支撑BiFeO3薄膜的应变与挠曲电特性研究
5.3.1 挠曲电效应概述
5.3.2 自支撑BiFeO3薄膜的应变与晶格畸变
5.3.3 挠曲电效应对BiFeO3薄膜极化的影响与应用
5.4 本章小结
参考文献
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
攻读博士期间学术成果
致谢
本文编号：4016976
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