【摘 要】
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侧向光伏效应和电阻开关效应是纳米半导体材料中非常有应用前景的两种效应。侧向光伏效应能够精密地测量微小位移,所以应用于高能物理实验、生物医学应用、工程控制领域。电阻开关效应具有高速度、高密度、低功耗等优点,被认为是下一代的非易失性存储器。本文利用磁控溅射制备了Ni/n-Si、Ni/p-Si、Ag/ZnO/Pt/n-Si、Ag/TaOx/Pt等多种结构,通过AFM、XPS、半导体综合测试仪等研究了样品
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侧向光伏效应和电阻开关效应是纳米半导体材料中非常有应用前景的两种效应。侧向光伏效应能够精密地测量微小位移,所以应用于高能物理实验、生物医学应用、工程控制领域。电阻开关效应具有高速度、高密度、低功耗等优点,被认为是下一代的非易失性存储器。本文利用磁控溅射制备了Ni/n-Si、Ni/p-Si、Ag/ZnO/Pt/n-Si、Ag/TaOx/Pt等多种结构,通过AFM、XPS、半导体综合测试仪等研究了样品的形貌、晶体结构、能带结构、光电特性、阻变效应等。并在此基础上研究了表面态、肖特基势垒对侧向光伏效应的影响,以及超低功耗的电阻开关效应。本论文的工作内容有:（1）在p型Si的表面观测到了由于表面态所导致的明显的侧向光伏效应,其表面侧向光伏的灵敏度比传统的基于PN结或肖特基势垒的高了一到两个数量级,这揭示了一种新的侧向光伏效应的产生机制。我们用XPS来研究了样品的能带结构,从而揭示了p-Si表面的侧向光伏效应与表面态导致的表面能带弯曲有关。最后我们用Ni纳米薄膜改变了p-Si的表面态,从而验证了我们的猜想。（2）在p-Si基金属-氧化物-半导体结构中发现增强的侧向光伏效应。我们发现在Ni/SiO2/p-Si结构中的侧向光伏效应比Ni/SiO2/n-Si结构中的效应增加了4倍多。接着我们通过研究纵向的I-V曲线,以及灵敏度与Ni厚度的关系,发现这两种结构中载流子迁移的方向由费米面决定。最后基于连续性方程和扩散方程,我们发现Ni/SiO2/p-Si结构中的增强原因是单位时间（sec）单位面积（cm~2）内通过结的光照区域的电子空穴对的数量,而这与接触势垒的高度有关。（3）在Ag/ZnO/Pt/Si结构上观察到无Forming过程的单极型阻变效应,其高阻态值的数量级在10~3?,低阻态的数量级在10?,操作电压在3 V左右。接着研究了限制电流、ZnO厚度、氧分压浓度等条件对Ag/ZnO/Pt/Si结构中单极型阻变效应的影响。接着我们在Ag/TaOx/Pt结构中发现了超低操作电压的双极型电阻开关效应。而且Ag/TaOx/Pt结构中的双极型电阻开关效应和阈值效应可以在限制电流的控制下相互转变。通过研究了晶粒尺寸与操作电压的关系,以及渝渗模型模拟了不同孔隙率情况下导电细丝的生长过程弄清其物理机制。这一工作对超低功耗存储器以及弄清阻变效应的内在机制都有比较重要的意义。
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