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基于络合物薄膜的电存储器件及单面纳米结构金膜的研究

作　者: 霍钟祺
导　师: 徐伟
学　校: 复旦大学
专　业: 物理电子学
关键词: 络合物薄膜 一次写入多次读取 阈值电压 纳米孔金膜 界面扩散 表面拉曼增强
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文由如下两部分组成。基于络合物薄膜的电存储器件随着存储技术的不断发展进步,许多新型的电存储材料和相关制备工艺被研究出来。在本论文中,我们使用固-液界面反应方法制备电存储器件介质层薄膜。利用DMMM-Na/H2O溶液或者KSCN/CH3CH2OH溶液与Cu反应,得到DMMM-Cu或者CuSCN介质层薄膜,在薄膜的两面制作垂直交叉布线的Cu、Al金属电极,得到的器件具有一次写入多次读取的电存储特性。通过对工艺参数的筛选,可以使制备得到的Al/DMMM-Cu/Cu器件具有90%以上的成品率,其高、低阻态状态比达107。而Cu/CuSCN/Al器件除了上述优点外,还具有较为一致的阈值电压,当参与固-液界面反应的铜膜厚度为25nm时,90%以上器件的阈值电压分布在3.75±0.25V的范围内。单面纳米结构金膜的制备随着纳米材料科学的不断深入发展,纳米结构金膜以其优异的化学稳定性以及在分子探针、能量存储、催化等领域的良好应用前景,受到人们越来越多的关注。在本论文中,我们提出了一种利用界面扩散过程制备金膜表面纳米结构的方法,采用真空热蒸发方法依次蒸镀金和铜双层膜,经过热退火处理,再用化学腐蚀方法除去铜组分来制备单面纳米孔金膜。用扫描电子显微镜观察薄膜表面形貌,并比较了退火温度以及退火时间对纳米结构的影响。研究还发现,当这种具有纳米结构的金膜吸附有单分子层的对甲基苯硫酚或者4,4’-联吡啶分子后,能观察到明显的表面拉曼增强效应。此种制膜方法工艺简单,成本低,能制备大面积纳米结构金膜,这种纳米结构的金膜在分子探测方面有应用前景。

全文目录


摘要  7-9
Abstract  9-11
Ⅰ 基于络合物薄膜的电存储器件  11-44
  第一章 电存储器件简介  12-18
    1.1 信息技术与电存储器  12-13
    1.2 传统硅基电子器件及其即将面临的问题  13
    1.3 解决措施的探索  13-14
      1.3.1 改进硅基器件的制备工艺流程  13-14
      1.3.2 开发新材料、新工艺制备电子器件  14
    1.4 一次写入多次读取电存储器件  14-16
    1.5 WORM电存储器件的基本要求  16
    1.6 电存储器件的开关模型  16-17
      1.6.1 Filaments模型  16-17
      1.6.2 离子扩散  17
    1.7 本文的工作  17-18
  第二章 器件的制备与测试  18-25
    2.1 实验设计  18-19
      2.1.1 设计思路  18
      2.1.2 分子选择  18-19
    2.2 器件结构  19-20
      2.2.1 基底  20
      2.2.2 顶、底电极  20
      2.2.3 介质层  20
    2.3 实验过程  20-22
      2.3.1 制备流程(1)  20-21
      2.3.2 制备流程(2)  21
      2.3.3 成分分析  21
      2.3.4 形貌表征  21
      2.3.5 电学性能测试  21-22
    2.4 主要实验材料  22-23
    2.5 主要实验仪器  23-25
  第三章 结果分析与讨论  25-42
    3.1 以DMMM-Na/H_2O溶液与Cu膜反应制备介质层  25-28
      3.1.1 一次写入多次读取的电存储性质  25-26
      3.1.2 固-液界面反应机理  26
      3.1.3 电存储机制  26-27
      3.1.4 存在的缺陷  27-28
    3.2 退火温度对器件性能的影响  28-29
    3.3 固-液界面反应前预处理铜电极  29-31
    3.4 反应时间的选择  31-32
    3.5 Al/DMMM-Cu/Cu器件的完整制备流程  32
    3.6 介质层薄膜的表征  32-33
    3.7 Al/DMMM-Cu/Cu器件的一些统计数据  33-34
    3.8 阈值电压不一致的原因分析  34-35
    3.9 基于上述制备流程的改进措施  35-36
      3.9.1 溶质  35-36
      3.9.2 溶剂  36
      3.9.3 反应深度的控制  36
    3.10 以KSCN/EtOH溶液与Cu膜反应制备介质层  36-38
      3.10.1 制备工艺  36
      3.10.2 介质层薄膜的表征  36-37
      3.10.3 一次写入多次读取的电存储性质  37-38
    3.11 一致性测试  38
    3.12 稳定性测试  38-40
    3.13 跃迁过程表征  40-42
  第四章 总结与展望  42-44
    4.1 全文总结  42
    4.2 展望  42-44
Ⅱ单面纳米结构金膜  44-71
  第一章 纳米材料简介  45-50
    1.1 纳米尺度及纳米材料  45-46
    1.2 纳米材料的特殊性质  46-48
      1.2.1 量子效应  46
      1.2.2 小尺寸效应  46-47
      1.2.3 表面效应  47
      1.2.4 界面效应  47-48
      1.2.5 库仑阻塞效应  48
      1.2.6 量子隧穿效应  48
      1.2.7 介电限域效应  48
    1.3 纳米金材料  48-49
    1.4 本文的工作  49-50
  第二章 制备及表征单面纳米结构金膜  50-57
    2.1 实验设计  50-53
      2.1.1 基本思路  50
      2.1.2 基底的选择  50
      2.1.3 金属及化学腐蚀试剂的选择  50-53
      2.1.4 小结  53
    2.2 实验流程  53-54
      2.2.1 制备  53
      2.2.2 形貌表征  53-54
      2.2.3 可见光谱测试  54
      2.2.4 拉曼光谱测试  54
    2.3 主要实验材料  54-56
    2.4 实验仪器设备  56-57
  第三章 结果分析及讨论  57-69
    3.1 表面形貌分析  57-58
    3.2 剖面分析  58
    3.3 可见光谱分析  58-59
    3.4 纳米孔的形成机理  59-62
      3.4.1 薄膜的厚度  59-60
      3.4.2 退火过程铜膜成分的变化  60-61
      3.4.3 模板的产生与纳米孔的形成  61-62
    3.5 退火条件的选择  62-65
      3.5.1 退火温度的影响  62
      3.5.2 退火时间的影响  62-64
      3.5.3 纳米孔的统计  64-65
      3.5.4 小结  65
    3.6 拉曼光谱测试  65-69
      3.6.1 有机分子的选择  65
      3.6.2 金膜的拉曼光谱分析  65-67
      3.6.3 对甲基苯硫酚拉曼光谱分析  67
      3.6.4 4,4'-联吡啶拉曼光谱分析  67-68
      3.6.5 小结  68-69
  第四章 总结与展望  69-71
    4.1 全文总结  69
    4.2 展望  69-71
参考文献  71-78
硕士期间发表的论文及专利  78-79
致谢  79-80

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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