相變材料碲化銻二維薄片的可控制備與表征.pdf

1、相變材料(Phase-Change Materials)可以通過(guò)施加熱脈沖或電學(xué)脈沖等方式實(shí)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(guān)注。相變材料晶態(tài)與非晶態(tài)的光學(xué)（如折射率）和電學(xué)（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(xué)和電學(xué)讀寫的信息存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如可擦寫CD/DVD及相變隨機(jī)存儲(chǔ)器(PC-RAM)。一方面，為提高存儲(chǔ)密度和降低擦/寫功耗，需要減小相變存儲(chǔ)單元的尺寸;但研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的薄膜相變材料

2、隨著厚度的減小，其晶化溫度/活化能升高、晶化時(shí)間變長(zhǎng)（速率降低），這對(duì)擦寫效率是不利的。另一方面，對(duì)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(shí)間和擦/寫功耗都會(huì)降低，這主要得益于納米線的單晶結(jié)構(gòu);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(duì)較差。如果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(diǎn)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

3、-Te(GST)體系中的二元化合物Sb2Te3為研究對(duì)象，通過(guò)范德瓦爾斯外延實(shí)現(xiàn)了Sb2Te3二維單晶薄片的可控制備，對(duì)其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)做了較為系統(tǒng)的表征，通過(guò)施加電流脈沖實(shí)現(xiàn)了其晶化→非晶化相變，并在非晶化薄片上觀測(cè)到PC-RAM器件典型的I-V曲線閾值電壓效應(yīng)。本文的各章內(nèi)容簡(jiǎn)介如下:
　　第一章首先簡(jiǎn)述相變材料的發(fā)展歷程及其在光學(xué)存儲(chǔ)和電學(xué)隨機(jī)存儲(chǔ)器方面的應(yīng)用;對(duì)于傳統(tǒng)薄膜型相變材料和納米線型相變材料，對(duì)比介紹其相變性能與尺寸厚

4、度的依賴關(guān)系，由此引出本文的研究?jī)?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(guò)范德瓦爾斯外延生長(zhǎng)制備Sb2Te3二維薄片的實(shí)驗(yàn)裝置和流程、通過(guò)調(diào)節(jié)載氣和襯底溫度對(duì)薄片厚度調(diào)控（從2nm到10 nm）的嘗試、以及對(duì)薄片生長(zhǎng)機(jī)理的分析和討論;為了得到厚度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立了光學(xué)顯微照片中薄片的灰度值與其真實(shí)厚度（AFM測(cè)量）之間的關(guān)聯(lián)，并用以統(tǒng)計(jì)（大量）樣品的厚度分布。然后介紹對(duì)二維薄片TEM、EDS、XP

5、S表征的結(jié)果，確認(rèn)其具有很好的單晶結(jié)構(gòu)以及一致的Sb2Te3化學(xué)比;拉曼mapping成像也能間接地輔證這一結(jié)果。
　　第三章介紹Sb2Te3二維單晶薄片的轉(zhuǎn)移以及對(duì)其相變特性的初步研究:首先介紹把生長(zhǎng)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(jiǎn)述利用紫外光刻技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)移樣品進(jìn)行微納電極加工的流程;著重介紹對(duì)薄片相變進(jìn)行電學(xué)操縱和測(cè)量的嘗試——通過(guò)施加不同強(qiáng)度和脈寬的電壓脈沖，在合適的脈沖作用后可觀測(cè)到