納米級半導(dǎo)體金屬氧化物材料由于其良好的電學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能及較高的性價比為新型功能材料的發(fā)展提供了充足的先決條件,在大多數(shù)的金屬氧化物半導(dǎo)體中,氧化銅（CuO）作為一種窄禁帶p型半導(dǎo)體,在催化、電池、太陽能轉(zhuǎn)換、氣體傳感、場發(fā)射等領(lǐng)域具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。本文利用納米CuO電學(xué)方面的電阻轉(zhuǎn)換特性與光學(xué)方面的生物傳感特性,制備了基于CuO納米材料的憶阻器件及表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）基底兩種微納器件,研究了CuO憶阻器件的記憶電阻特性、多級電阻效應(yīng),以及CuO-Ag復(fù)合SERS基底對于不同待測分子痕量檢測的靈敏度和檢測極限。利用激光輻照的方式對器件活性層進(jìn)行改性,最后對器件的作用機(jī)理以及激光改性方式進(jìn)行了分析。采用CuO納米片噴墨打印制備了憶阻器件,解決了傳統(tǒng)成型工藝需要高溫、高真空、沉積時間長的問題,制得的CuO納米片憶阻器件具有典型的憶阻特性,具有明顯的高低電阻狀態(tài),并且不同阻態(tài)的電阻可以實(shí)現(xiàn)多級可控。同時,采用了旋涂工藝實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、重現(xiàn)性良好的SERS基底的制備,并且實(shí)現(xiàn)了對染料分子羅丹明6G和雙酚A的低濃度痕量檢測,檢測極限分別能夠達(dá)到10^-12... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同形貌的CuO納米材料(Zhang,2014)

6的關(guān)系(Chua,2011)。這種組件的效果是它的電阻會隨著通過的電流量而改變，而且就算電流停止了，它的電阻仍然會停留在之前的值，直到接受到反向的電流它才會被推回去。簡單說，憶阻器是一種有記憶功能的非線性電阻，它的作用基礎(chǔ)是電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng)，是指材料的電阻在電壓作用下發(fā)生變化的現(xiàn)象，特征曲線即是電壓和電流的滯回曲線。一般而言，憶阻器件具有兩種或兩種以上的電阻狀態(tài)，可以通過器件活性層內(nèi)帶電摻雜物（如帶電粒子、空位等）的移動來實(shí)現(xiàn)受控電阻的轉(zhuǎn)變(Liang,2014)，從而實(shí)現(xiàn)信息存儲。2008年，惠普實(shí)驗(yàn)室首次明確了記憶電阻器裝置的理論與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系。它們以薄膜二氧化鈦(TiO2)為絕緣層夾在上下兩個電極之間，觀察到其明顯的記憶行為。自此之后，已經(jīng)在平面薄膜器件中證實(shí)了高質(zhì)量氧化物薄膜的憶阻行為，例如TiO2(Strukov,2008),ZnO(Ghosh,2018),TaOx(Wang,2018),SiOx(Chang,2013),HfOx(Syu,2013)等。圖1-2四種基本電路元件及其之間的關(guān)系(Prodromakis,2013)據(jù)報道，CuO基薄膜作為阻變層材料與其他候選材料相比，顯示出更優(yōu)越的保持特性和出色的循環(huán)耐久性(HanandMeyyappan,2011)。并且銅是集成電路(IC)中互連的常用材料，銅及其氧化物有望與現(xiàn)代制造技術(shù)高度兼容。此外，與其他氧化物相比，CuO具有豐度高、成本低、制備方便、無毒等突出優(yōu)點(diǎn)，且易于制備多種形貌，具有廣泛的應(yīng)用前景。Dong等人(Dong,2007)對CuO薄膜的憶阻器件進(jìn)行了研究，通過熱氧化法制備的氧化銅薄膜作為阻變層材料，觀察到了明顯的雙極型特性。Lin等人(Lin,2009)發(fā)現(xiàn)CuxO薄膜作為阻變層，器件Al/CuxO/Cu的耐久度得到了提高，高低阻態(tài)阻值比超過100，耐久度超過10000循環(huán)。Wu等(Wu,2010)研究了器件Al/CuxO/Cu和TaN/CuxO/Cu型憶阻器件的

7阻變機(jī)理和保持特性，結(jié)果表明Al作為上電極可以使器件循環(huán)上千次，還擁有更大的開關(guān)比，更好的穩(wěn)定性以及更好的耐久性。Kim等人(Kim,2009)利用熱生長法制備Au/CuxO/Pt結(jié)構(gòu)的憶阻器件具有雙極型阻變特性，其導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂機(jī)理可以用熱化學(xué)效應(yīng)解釋。Liang等人(Liang,2014)研究了Ni/CuxONW/Ni型憶阻器件，發(fā)現(xiàn)器件表現(xiàn)出無需成形的電阻式開關(guān)行為，并且具有低的操作電壓。盡管研究人員已經(jīng)對CuO憶阻器件進(jìn)行了大量的研究，但是還存在一些需要克服的重點(diǎn)和難點(diǎn)。例如，憶阻器件的成型方法大多需要在高真空或高溫條件下，如熱蒸發(fā)、脈沖激光沉積、濺射等，過程復(fù)雜，且沉積時間較長。所以需要研究室溫下、快速、適合大批量生產(chǎn)的器件成型方法。其次，目前憶阻器的測試主要集中在對器件單元的憶阻特性的分析上，而缺乏對其他一些重要的電學(xué)特性例如憶阻器的多阻態(tài)特征、阻態(tài)切換耐久性、保持力特征等方面的有效檢測；且其測試方法比較單一，不夠完善，測量精度有待進(jìn)一步提高。此外，在器件的電學(xué)性能優(yōu)化上，大多采用改換電極材料(Guo,2018)、摻雜(Chai,2017)、內(nèi)置氧濃度梯度(Wang,2018)等，缺乏對于已成型器件的外部優(yōu)化的簡單有效的方法。圖1-3幾種典型的憶阻器模型(Chang,2013；Ghosh,2018；Strukov,2008；Lin,2016)超級電容器贗電容（圖1-4）是一種超級電容，與二次電池相比，準(zhǔn)電容具有更高的功率密度、更長的壽命周期和更高的能效，引起了人們越來越多的關(guān)注(Tiwari,2012)。被廣泛用作贗電容器的電極材料的主要有兩種主要類型的材料，導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物半導(dǎo)體(Wang,2012)。金屬氧化物半導(dǎo)體材料(RuO2,SnO2,

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]表面增強(qiáng)拉曼光譜法檢測雙酚A的研究[D]. 汪仕韜.江南大學(xué) 2010



本文編號：3442262