【摘 要】
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随着信息技术的飞速发展,人们对电子器件性能要求也越来越高。传统存储器闪存面临着读写速度慢、擦写电压高、尺寸缩减已到极限的缺陷和难题。发展性能优异的新型存储器已成为人们的迫切需求。寻找一种更高存储性能、更环保、存储寿命更长的忆阻材料变得尤为重要。Cu S作为重要的p型半导体,具有优异的电磁学及光学性能。硫化铜现有的制备方法中,往往需要加入多种保护剂,在高温高压的环境下长时间反应来制备,不能用于大规模
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随着信息技术的飞速发展,人们对电子器件性能要求也越来越高。传统存储器闪存面临着读写速度慢、擦写电压高、尺寸缩减已到极限的缺陷和难题。发展性能优异的新型存储器已成为人们的迫切需求。寻找一种更高存储性能、更环保、存储寿命更长的忆阻材料变得尤为重要。Cu S作为重要的p型半导体,具有优异的电磁学及光学性能。硫化铜现有的制备方法中,往往需要加入多种保护剂,在高温高压的环境下长时间反应来制备,不能用于大规模生产,也违背了节能环保的原则。同时硫化铜薄膜的有效质量,理查德森常数以及电荷输运特性尚未被深入研究。本论文的主要工作内容如下:以硫酸铜作铜源和硫代硫酸钠为硫源,通过室温化学液相沉淀法以Ti片为底电极成功制备了空心的硫化铜微球薄膜材料,滴加银胶作为上电极,制备了Ag/Cu S/Ti三明治结构的忆阻器件。通过电学性能测试,发现空心硫化铜薄膜器件具有良好的忆阻和整流性能。拟合可知电流输运方式符合热电子发射和F-N隧穿模型。通过Mott-Schottky测试、UPS测试和紫外吸收光谱测试确定了载流子浓度和器件的能带位置,结合能带位置定量的推算出理论的肖特基势垒高度为0.66 e V,推导出了空心硫化铜的价带有效态密度为4.66×1019 cm-3、有效质量为1.5 m0和理论理查德森常数为170.3 A/cm~2K~2,由变温I-V数据提取了室温理想因子为2.11,有效理查德森常数为1.85 A/cm~2K~2和有效势垒高度为0.37 e V。理想因子和势垒高度的温度依赖性,证明了器件存在肖特基势垒不均匀性。通过改变铜源、调整溶液组分和更换底电极,制备了不同性能的忆阻器件。以氯化铜为铜源时,可以制得实心硫化铜微球薄膜器件,电学性能测试显示其忆阻性能较差。以硫酸铜为铜源,Nb片和Cu片更换Ti片作底电极制备出不同底电极的空心硫化铜微球薄膜忆阻器件。由于不同金属基底的功函数不一致,所得器件的性能有较大的差距。Ti和Nb两者的功函数非常接近并且小于上电极Ag的功函数,所以Ti基器件和Nb基器件表现出非常接近的电学性质。而Cu的功函数相对于上电极Ag的功函数要大很多,则表现出相反的电流电压特性。以硫酸铜为铜源,调整溶液组分,在Ti片上制备出含有五水硫酸铜结晶水的硫化铜薄膜忆阻器件。通过电学性能测试,发现所得器件具有忆阻耦合电容效应。由于结晶水的存在,Cu S空心微球的忆阻性能得到了显著提升,开关比从9提升至10~2,保持时间接近10~4 s,电流的输运方式符合肖特基发射和Poole-Frenkel发射模型。
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