【摘 要】
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宽禁带氧化物半导体WO3具有优异的光学和电学特性,在电子信息、传感器件、智能窗口等领域有广阔的应用前景。不同的应用对其性能有不同的要求,因此,对WO3物性的可控调控一直是物理、化学等相关学科研究的热点。通过外加电场对器件的电、光等物性进行连续可逆的调控是一种广泛应用的调控手段。外加电场可通过静电相互作用改变薄膜沟道中的载流子浓度,进而对器件的性能进行改变。这种调控方式是易失的,当撤去外电场后器件的
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宽禁带氧化物半导体WO3具有优异的光学和电学特性,在电子信息、传感器件、智能窗口等领域有广阔的应用前景。不同的应用对其性能有不同的要求,因此,对WO3物性的可控调控一直是物理、化学等相关学科研究的热点。通过外加电场对器件的电、光等物性进行连续可逆的调控是一种广泛应用的调控手段。外加电场可通过静电相互作用改变薄膜沟道中的载流子浓度,进而对器件的性能进行改变。这种调控方式是易失的,当撤去外电场后器件的性能会很快恢复到初始状态。另一种调控方式是通过电场驱动离子进行迁移,发生电化学氧化还原反应或者掺杂。这种调控是非易失的,对器件物性的调控效果会在撤去外电场后保留。本论文从电场驱动离子调控WO3物性的角度出发,对WO3薄膜的电致变色性能和机理进行探索,此外以WO3薄膜的电学调控为基础设计构造了电解质门控晶体管人工突触器件,并探讨了其工作机制,主要研究内容概括如下:（1）使用磁控溅射技术,通过反应溅射在室温下制备了 WO3薄膜。利用XRD和AFM技术对薄膜的结晶性和表面形貌进行了表征,证实我们制备出了高比表面积的非晶WO3薄膜。随后我们研究了退火对薄膜的影响,发现退火处理会降低薄膜的表面粗糙度。（2）利用LiC104/PC溶液作为电解液,研究了非晶WO3薄膜的电致变色特性。利用电化学工作站对系统施加循环电场控制Li+嵌入/脱出WO3薄膜,实现了 75%以上的光调制范围。通过XPS测试证明WO3电致变色过程中W元素的价态发生了变化,发生了氧化还原反应。此外,器件变色循环千次以后,光调制范围下降到50%左右,该过程主要与循环过程中离子转移量下降有关。（3）制备了一种Au/WO3/Ta2O5/Li2SiO3/Ta2O5/Au结构的全固态三端电解质门控晶体管。其中顶层Ta2O5起到保护层作用,中间的Ta2O5起到阻挡层的作用。利用电场控制电解质中Li+的迁移实现对WO3薄膜电学性能的调控。由于不同栅极电压对器件阻态的调控机制不同,进而可实现易失和非易失两种调控模式,实现对生物神经的短期可塑性和长期可塑性的模拟。此外,由于阻挡层的存在,器件具有较好的保持特性。根据栅极施加的脉冲数不同,器件可实现多态存储。最后我们用器件的多脉冲调控参数进行了手写数据集的图像识别训练模拟,结果表明识别准确率高达95%以上。
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