本文關鍵詞：相變材料碲化銻二維薄片的可控制備與表征，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相變材料(Phase-Change Materials)可以通過施加熱脈沖或電學脈沖等方式實現(xiàn)晶態(tài)與非晶態(tài)之間的快速、可逆轉(zhuǎn)換,因而得到了大量的研究和關注。相變材料晶態(tài)與非晶態(tài)的光學(如折射率)和電學(如電阻率)性質(zhì)存在著巨大的差異,因此可以被用作多種基于光學和電學讀寫的信息存儲介質(zhì),諸如可擦寫CD/DVD及相變隨機存儲器(PC-RAM).一方面,為提高存儲密度和降低擦/寫功耗,需要減小相變存儲單元的尺寸；但研究發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的薄膜相變材料隨著厚度的減小,其晶化溫度/活化能升高、晶化時間變長(速率降低),這對擦寫效率是不利的。另一方面,對納米線型相變材料的研究發(fā)現(xiàn),隨著線徑的減小,其晶化溫度、晶化時間和擦/寫功耗都會降低,這主要得益于納米線的單晶結構；然而,納米線型相變材料的可集成度及其與現(xiàn)有器件工藝的兼容性相對較差。如果我們能夠制備出二維單晶相變材料,原則上上述兩種體系各自的優(yōu)點它可兼而有之,這樣是否可以獲得優(yōu)良的相變性能呢?基于這一考慮,本文選定最常用的相變材料Ge-Sb-Te (GST)體系中的二元化合物Sb2Te3為研究對象,通過范德瓦爾斯外延實現(xiàn)了Sb2Te3二維單晶薄片的可控制備,對其結構和性質(zhì)做了較為系統(tǒng)的表征,通過施加電流脈沖實現(xiàn)了其晶化→非晶化相變,并在非晶化薄片上觀測到PC-RAM器件典型的Ⅰ-Ⅴ曲線閾值電壓效應。本文的各章內(nèi)容簡介如下：第一章首先簡述相變材料的發(fā)展歷程及其在光學存儲和電學隨機存儲器方面的應用；對于傳統(tǒng)薄膜型相變材料和納米線型相變材料,對比介紹其相變性能與尺寸厚度的依賴關系,由此引出本文的研究內(nèi)容。第二章主要介紹Sb2Te3二維單晶薄片的制備和表征：首先介紹通過范德瓦爾斯外延生長制備Sb2Te3二維薄片的實驗裝置和流程、通過調(diào)節(jié)載氣和襯底溫度對薄片厚度調(diào)控(從2 nm到10 nm)的嘗試、以及對薄片生長機理的分析和討論；為了得到厚度的統(tǒng)計數(shù)據(jù),我們建立了光學顯微照片中薄片的灰度值與其真實厚度(AFM測量)之間的關聯(lián),并用以統(tǒng)計(大量)樣品的厚度分布。然后介紹對二維薄片TEM、EDS、XPS表征的結果,確認其具有很好的單晶結構以及一致的Sb2Te3化學比；拉曼mapping成像也能間接地輔證這一結果。第三章介紹Sb2Te3二維單晶薄片的轉(zhuǎn)移以及對其相變特性的初步研究：首先介紹把生長在氟金云母襯底上的單晶薄片轉(zhuǎn)移到SiO2襯底上所用的轉(zhuǎn)移方法和流程；隨后簡述利用紫外光刻技術對轉(zhuǎn)移樣品進行微納電極加工的流程；著重介紹對薄片相變進行電學操縱和測量的嘗試——通過施加不同強度和脈寬的電壓脈沖,在合適的脈沖作用后可觀測到單晶薄片的電阻增大3個數(shù)量級(即非晶化),通過0-5 V電壓循環(huán)掃描可觀測到Ⅰ-Ⅴ曲線中的閾值電壓效應(即再晶化)。但實驗也發(fā)現(xiàn),這些二維薄片不能經(jīng)受多次循環(huán)相變,在經(jīng)歷約2次相變循環(huán)后就會器件失效(樣品熔斷),我們對可能的熔斷失效原因和實驗改進辦法做了討論。第四章是作者個人對相變材料的研究發(fā)展方向及其未來應用趨勢的展望。
【關鍵詞】：相變材料 碲化銻 二維薄片 拉曼成像 相變特征
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;TP333
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-33
• 1.1 引言11-16
• 1.2 相變材料的信息存儲應用16-20
• 1.2.1 基于全光學操作的相變信息存儲17-18
• 1.2.2 非易失相變隨機存儲器18-20
• 1.3 低維和二維相變材料研究現(xiàn)狀20-27
• 1.3.1 薄膜相變材料的研究20-24
• 1.3.2 一維納米線相變材料的研究24-27
• 1.4 本文研究內(nèi)容及實驗結果27-29
• 參考文獻29-33
• 第二章 Sb_2Te_3二維薄片的制備與表征33-51
• 2.1 引言33-34
• 2.2 實驗過程34-39
• 2.2.1 Sb_2Te_3二維薄片制備34-37
• 2.2.2 Sb_2Te_3二維薄片生長機制討論37-39
• 2.3 Sb_2Te_3二維薄片的厚度統(tǒng)計分布39-42
• 2.4 Sb_2Te_3二維薄片的結構及成分表征42-48
• 2.4.1 表征儀器42-43
• 2.4.2 成分表征43-44
• 2.4.3 TEM結構表征44
• 2.4.4 拉曼表征44-48
• 2.5 本章小結48-49
• 參考文獻49-51
• 第三章 Sb_2Te_3二維薄片的轉(zhuǎn)移及相變表征51-67
• 3.1 引言51-52
• 3.2 Sb_2Te_3二維薄片的轉(zhuǎn)移及電極制備52-55
• 3.3 Sb_2Te_3二維薄片的相變表征55-63
• 3.4 本章小結63-64
• 參考文獻64-67
• 第四章 展望67-75
• 4.1 相變存儲中新穎設計68-69
• 4.2 相變應用的未來趨勢69-73
• 參考文獻73-75
• 致謝75-77
• 準備發(fā)表的文章目錄77

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