基于模板电沉积的硫系化合物纳米线的制备及表征

摘要

硫系化合物半导体作为相变存储器（PCM）的相变功能材料，在过去的几十年内得到了广泛的关注。随着PCM存储密度的提升，相变材料逐步进入纳米尺度，其材料微观结构也将发生变化，并且由于能带折叠和量子限域等纳米尺寸效应，纳米相变材料表现出比体材料更优的热传导和电输运等特性，可显著地改善PCM的读写性能。但目前相关研究受限于传统光刻工艺的线宽极限，因此新型的纳米相变材料制备方法及结构表征对PCM的性能优化和尺寸极限研究具有重要意义。此外，为了以后能结合GeTe/Sb2Te3超晶格薄膜的界面效应和小尺寸效应对相变材料的热传导和电输运特性进行优化，本文研究了超晶格纳米线的组元材料GeTe纳米线和Sb2Te3纳米线的电沉积制备方法，并对材料进行了形貌和结构等表征，为下一步热传导和电输运特性的研究打下基础。
　　文章主要论述了：
　　（1）通过两步阳极氧化法制备了高度有序的多孔氧化铝（AAO）模板。模板孔径大约为50nm，孔间距大约100nm且纳米孔排列规整，可直接用于电化学沉积。
　　（2）基于模板电化学法制备了长度大约在3到10微米不等，直径在30~50纳米，长径比大于100，表面光滑尺寸均一的Sb2Te3纳米线。制备的Sb2Te3纳米线属于六方晶系，具有沿[015]方向的高度择优取向。通过探讨沉积电压对Sb-Te纳米线形貌和结构的影响，证明最适合制备Sb2Te3纳米线的沉积电压为2.6V，且纳米线的氧化程度随着沉积电压的增大而减小。
　　（3）基于 ITO导电玻璃电化学制备了GeTe薄膜。通过电镀液的循环伏安曲线研究GeTe的电化学沉积的机理，测试结果表明在电镀液中加入络合剂EDTA可以有效地减小Ge和Te还原电位差实现共沉积，然而Ge-Te二元体系溶液的沉积电位与溶液的析氢电位非常接近，导致GeTe在共沉积的过程中会伴随着析出大量的氢气。
　　（4）在成功制备GeTe的基础上以AAO模板为基底电化学沉积GeTe纳米线，制备纳米线为单晶结构，沿晶体的c轴[001]方向生长。然而通过对GeTe纳米线的元素组成的测定发现材料中Ge元素含量远少于Te元素，因此GeTe纳米线的电化学制备工艺还需进一步完善。

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1 绪论

1.1存储器的种类及其发展历程

1.2 相变存储器

1.3 相变存储材料

1.4 纳米材料

1.5 研究意义及主要研究内容

2多孔氧化铝模板的制备及表征

2.1 实验试剂及装备

2.2多孔氧化铝模板的制备流程

2.3多孔氧化铝模板的微观形貌分析

2.4本章小结

3 Sb-Te纳米线的电化学沉积及表征

3.1实验试剂及装备

3.2 Sb-Te纳米线的制备流程

3.3 Sb-Te纳米线的表征

3.4沉积电压对Sb-Te纳米线的影响

3.5本章小结

4 以ITO为基底GeTe薄膜的电化学沉积

4.1实验试剂及装备

4.2 GeTe薄膜的制备

4.3 GeTe薄膜的表征

4.4 GeTe的电化学沉积机理

4.5 本章小结

5 GeTe纳米线的电化学沉积及表征

5.1实验试剂及装备

5.2 GeTe纳米线的制备流程

5.3 GeTe纳米线的表征

5.4本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献