TSC陶瓷薄膜制备及其光电性能研究

发布时间：2020-03-26 14:32

【摘要】：Ti_3SiC_2是一种三元层状化合物,同时具有金属和陶瓷的优良特性,具有广阔的应用前景。然而,目前对于Ti_3SiC_2的研究主要集中在对其块体和粉体材料的制备以及力学、摩擦学等性能研究及综合性能改善等方面,鲜有其光电性能及其器件化应用的报道。因此,有针对性地采用多晶Ti_3SiC_2为原材料,按微电子和光电子常用方法制备薄膜材料,研究和评价薄膜材料的微观结构、光学以及电学性能,并寻求薄膜的器件化应用,具有重要的学术和工程意义。本文以多晶Ti_3SiC_2粉末为靶材,采用直流溅射的方法制备钛硅碳(TSC)薄膜,采用反应溅射的方法制备钛硅碳氧(TSCO)薄膜,借助多种材料表征手段,研究TSC和TSCO两种薄膜的微观结构、化学组分及光学和电学性能;构建以TSCO薄膜为忆阻介质材料的忆阻器,研究其模拟开关性能并分析载流子传输类型,初步探索将TSCO介质薄膜材料应用于忆阻开关器件的可行性。取得的主要研究成果如下:(1)采用直流溅射的方法成功制备出TSC薄膜,发现薄膜整体上呈现出非晶网络结构;在400~2000 nm波长范围内,随着波长的增长,TSC薄膜的光谱透过率和反射率升高、吸收率降低,随着膜厚变厚,TSC薄膜的光谱透过率降低、反射率和吸收率升高;TSC薄膜的折射率在350~800 nm范围内呈现上升的趋势;TSC薄膜的导电性介于导体和绝缘体之间,属于半导体材料,且随着膜厚越厚,电导率增加,当膜厚达到400 nm左右时,TSC薄膜的导电性接近ITO、FTO、AZO薄膜的导电性。(2)采用反应溅射的方法成功制备出TSCO薄膜,发现在400~2000 nm的波段范围内,随着波长向长波方向移动,TSCO薄膜的光谱透过率升高、反射率下降,随着氧含量的升高,光谱透过率升高、反射率降低;TSCO薄膜的折射率在350~800nm范围内没有明显的变化趋势,消光系数逐渐减小;TSCO薄膜的电阻率随着氧含量的增加不断增加,“高阻”、“低阻”之间的差值达到5个数量级,一定程度上可满足TSCO薄膜作为忆阻介质薄膜材料的阻值变化基本要求。(3)成功制备出了Pt/TSCO/ITO和Pt/TSCO(I)/TSCO(II)/ITO两种结构的忆阻器,实现了模拟开关的功能,验证了TSCO薄膜的非线性电学特性,分析了忆阻工作机制,发现载流子传输类型以SE为主,P-F表现次之,SCLC表现最弱。
【图文】：

示意图,示意图,绪论,材料

第一章绪论第一章绪论.1 引言在陶瓷材料家族中，人们发现了一类特殊的化合物，它们具有层状的结构，为 MAX 相[1]或 MAX 材料，M、A、X 分别代表了不同的元素，X 元素只能为素或 N 元素[2]，因此到目前为止，MAX 材料包含近 50 种化合物，如图 1-1 ，它们具有相似的晶体结构，相似的性能。与陶瓷材料类似，MAX 材料具有化、耐高温、抗腐蚀等特性；MAX 材料又具有金属的特性，它们是电和热的体，同时具有耐损伤性和可加工性，空间呈层状结构的特点又使得 MAX 材料很好的自润滑性。

晶体结构,原子,晶格位置

电子科技大学硕士学位论文维平面分割，因此不同位置的 Ti 原子被不同的其它原子包C 原子平面层之间的 Ti 原子标记为 Ti1，晶格位置为 2a，将Si 原子平面层之间的 Ti 原子标记为 Ti2，晶格位置为 4f，Si，C 原子的晶格位置为 4f[2]。此外，除把 Ti3SiC2的晶体结构看相连构成层状结构外，还可以将 Ti3SiC2的晶体结构抽象为链“Si原子-Ti2原子-C原子-Ti1原子-C原子-Ti2原子”这个链条重Ti3SiC2的空间结构[2]。已有的研究结果表明[4]，Ti3SiC2具有因为 Ti3SiC2内有游离的自由电子，内部键之间大多以金属内部 Ti(1,2)-C 键以及 Ti2-Si 键之间依靠相对较弱的共价键结极性特征，，包含离子键成分。因此，Ti3SiC2晶体结构内特Ti3SiC2兼具陶瓷和金属的双重性能。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN60;TB383.2;TQ174.75

【参考文献】