透射電子顯微鏡是在納米乃至原子尺度表征材料微觀結(jié)構(gòu)最為有力的工具。隨著球差校正技術(shù)的發(fā)展,透射電鏡可以實現(xiàn)亞原子尺度的分辨能力。材料與器件在服役條件下所發(fā)生的各類結(jié)構(gòu)變化是理解其工作機制的重要基礎(chǔ),也是指導(dǎo)新材料與器件的開發(fā)及改進的重要條件。透射電鏡原位技術(shù)就是通過在透射電鏡中對樣品施加各類作用,從而獲得樣品在外場下動態(tài)行為的表征技術(shù),是將樣品結(jié)構(gòu)與性能相聯(lián)系的重要手段。目前光電功能材料與器件的發(fā)展備受關(guān)注,然而透射電鏡原位光電技術(shù)仍然不甚成熟,難以滿足原子分辨表征的要求。因此我們采用了原位MEMS芯片的技術(shù)方案,通過在芯片上設(shè)置微型LED與電極,成功開發(fā)了原位光電芯片。并通過芯片與原位樣品桿、源測量單元以及控制電腦的集成,搭建了完整的原位光電測試平臺。在實際樣品測試中,該平臺具備穩(wěn)定性高、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢,很好地滿足了亞原子尺度表征及各類譜學(xué)分析技術(shù)的應(yīng)用要求�；谶@一平臺,我們開展了材料與器件工作機制的原位研究。在結(jié)構(gòu)為Graphene/MoS2-xOx/Graphene的純二維材料憶阻器中,我們不僅發(fā)現(xiàn)其具有良好的憶阻性能,更有著高達340℃的耐高溫性能。為研究其工作機制,...

【文章頁數(shù)】：181 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 透射電子顯微鏡的原理及發(fā)展現(xiàn)狀
        1.1.1 主要部件及成像原理
        1.1.2 電鏡譜學(xué)分析手段
    1.2 透射電鏡原位技術(shù)
        1.2.1 對電鏡的專門改造
        1.2.2 原位樣品桿的發(fā)展
        1.2.3 基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的原位芯片
    1.3 透射電鏡原位光照技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 電鏡腔體的光學(xué)系統(tǒng)引入
        1.3.2 原位光學(xué)樣品桿的發(fā)展
        1.3.3 現(xiàn)有技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
    1.4 聚焦離子束技術(shù)簡介
        1.4.1 聚焦離子束的組成及工作原理
        1.4.2 聚焦離子束制備透射電鏡樣品
    1.5 原位MEMS芯片的光電功能集成
    參考文獻
第二章 透射電鏡原位光電測試平臺的開發(fā)
    2.1 原位光電MEMS芯片的設(shè)計及制作
        2.1.1 芯片設(shè)計與掩膜版繪制
        2.1.2 芯片制作工藝流程
        2.1.3 發(fā)光二極管(LED)的集成
    2.2 源測量單元控制界面的設(shè)計與編寫
    2.3 光照模型建立與數(shù)值模擬
    2.4 平臺集成與主要性能測試
        2.4.1 工作穩(wěn)定性
        2.4.2 實際工作壽命
        2.4.3 對半導(dǎo)體樣品的原位光電測試效果
    2.5 進一步改進
    2.6 本章小結(jié)
    參考文獻
第三章 純二維材料憶阻器的透射電鏡原位研究
    3.1 憶阻器及二維材料概述
        3.1.1 憶阻器的基本原理與特點
        3.1.2 典型二維材料簡介
        3.1.3 二維材料異質(zhì)結(jié)的制備及性能
        3.1.4 用于憶阻器開發(fā)的二維材料
    3.2 純二維材料憶阻器的性能特征
        3.2.1 純二維材料憶阻器的電學(xué)性能
        3.2.2 純二維材料憶阻器的高溫性能
    3.3 氧化MoS₂二維薄膜的原位加熱研究
    3.4 純二維材料憶阻器工作機制的原位研究
        3.4.1 透射電鏡原位測試在憶阻器研究中的應(yīng)用
        3.4.2 聚焦離子束制備原位芯片器件截面樣品
        3.4.3 基于原位光電測試平臺的原位開關(guān)實驗
        3.4.4 基于空位濃度變化的工作機制
        3.4.5 機械性能測試及應(yīng)用展望
    3.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 多鐵氧化物薄膜存儲結(jié)構(gòu)的透射電鏡原位研究
    4.1 鐵電材料與應(yīng)用概述
    4.2 鐵電氧化物薄膜中的極化與疇結(jié)構(gòu)
    4.3 透射電鏡在鐵電氧化物薄膜研究中的應(yīng)用
        4.3.1 利用衍射襯度研究疇結(jié)構(gòu)
        4.3.2 原子尺度掃描透射成像與極化分布分析
        4.3.3 透射電鏡原位技術(shù)研究鐵電疇的動態(tài)過程
    4.4 PMN-PT鐵電疇翻轉(zhuǎn)的原位TEM表征
    4.5 多鐵氧化物薄膜異質(zhì)結(jié)的原位STEM表征
        4.5.1 電容結(jié)構(gòu)原位樣品的制備及靜態(tài)分析
        4.5.2 外場下PZT薄膜的極化翻轉(zhuǎn)過程
        4.5.3 動態(tài)鐵電疇的原子尺度表征
        4.5.4 低速狀態(tài)下疇壁的運動機制
        4.5.5 極化翻轉(zhuǎn)與LSMO界面鐵磁狀態(tài)原位調(diào)控
    4.6 本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 自支撐鈣鈦礦氧化物薄膜的亞原子分辨電鏡表征
    5.1 自支撐鈣鈦礦氧化物薄膜概述
    5.2 超薄自支撐鈣鈦礦氧化物薄膜的亞原子分辨表征
        5.2.1 超薄自支撐鈣鈦礦氧化物薄膜轉(zhuǎn)移及樣品制備
        5.2.2 超薄自支撐鈣鈦礦氧化物薄膜的截面分析
    5.3 自支撐BiFeO₃薄膜的應(yīng)變與撓曲電特性研究
        5.3.1 撓曲電效應(yīng)概述
        5.3.2 自支撐BiFeO₃薄膜的應(yīng)變與晶格畸變
        5.3.3 撓曲電效應(yīng)對BiFeO₃薄膜極化的影響與應(yīng)用
    5.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
攻讀博士期間學(xué)術(shù)成果
致謝



本文編號：4016976