KCu7S4准一维纳米结构的电学特性与应用研究

摘要

目前低维纳米材料因其独特的光、电、磁和机械性能，在纳米器件领域拥有诸多应用。对三元铜基硫属化合物(A-Cu-S)进行K离子的掺杂，可以获得低维K-Cu-S体系的材料，KCu7S4是其中重要的一种，其晶格由具有准一维通道的三维Cu-S框架构成，因此KCu7S4既有较大的长宽比，又为电荷传输提供了直接的通路。本文基于液相可控合成的准一维KCu7S4纳米结构，探讨了其电学特性，并构建了基于其的纳米电子器件，具体研究成果如下:
　　1.在强碱性溶液中，以KOH为K源，CuCl2·2H2O为Cu源，Na2S·9H2O为S源，制备了宽度为100-300nm、长度可达数百微米的KCu7S4纳米带。XRD和XPS分析证实产物为体心四方晶系KCu7S4，物相比较纯净，结晶性也很好。紫外-可见-近红外吸收光谱分析显示该材料在近红外波段有明显的吸收峰，表明该材料有望应用于近红外光电探测器领域。
　　2.使用Langmuir-Blodgett方法，组装形成有序的单层KCu7S4薄膜，构建了KCu7S4/Si异质结。该器件表现出了良好的自驱动特性，在光强为295.3μW cm-2的980nm光源照射下，响应度为15mAW-1，探测率达到了2.15×1012cm Hz1/2W-1，对于50kHz的高频光仍有较好的响应，上升时间和下降时间分别为7.4μs和8.6μs，可应用于高性能近红外光电探测领域。
　　3.使用紫外曝光光刻和电子束蒸发沉积，通过控制Cu的蒸发条件使其在蒸镀的过程中发生自发氧化，构建了不同厚度CuxO层KCu7S4/CuxO/Au异质结。电学分析显示，CuxO层的厚度对于器件的电阻开关行为影响显著。对于16nm CuxO的器件，经过“激活”过程之后该器件结构表现出了双极性电阻开关行为。32nm CuxO的器件只能在正向电压范围内表现出单极性电阻开关行为。这一研究有望指导铜基非易失性存储器稳定性与性能的提升。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料特性及应用

1．2．1 量子尺寸效应

1．2．2 小尺寸效应

1．2．3 表面效应

1．2．4 宏观量子隧道效应

1．2．5 库仑阻塞效应

1．3 一维纳米器件研究进展

1．3．1 纳米光电探测器领域

1．3．2 纳米存储器领域

1．3．3 纳米发光二极管领域

1．3．4 逻辑门与计算电路领域

1．4 本课题的选题背景及研究内容

第二章 KCu7S4纳米带的合成及其表征

2．1 引言

2．2 实验中所需药品和仪器清单

2．3 KCu7S4纳米带的合成

2．4 KCu7S4准一维纳米结构的物相与形貌表征

2．4．2 扫描电子显微镜(SEM)分析

2．4．3 透射电子显微镜(TEM)分析

2．4．4 x射线光电子能谱(XPS)分析

2．4．5 紫外-可见光-近红外(UV)吸收光谱分析

2．5 本章小结

第三章 KCu7S4／Si自驱动近红外光电探测器的研究

3．1 引言

3．2 纳米器件的制备

3．2．1 实验药品和仪器

3．2．2 器件制备过程

3．3．1 KCu7S4单层膜的密度对器件性能的影响

3．3．2 Si／KCu7S4近红外光电探测器性能研究

3．3．3 理论分析

3．4 本章小结

第四章 KCu7S4／CuxO／Au阻变式存储器的研究

4．1 引言

4．2 纳米器件的制备

4．2．1 实验药品和仪器

4．2．2 器件制备过程

4．3 基于KCu7S4纳米带／CuxO／Au存储器件特性的研究

4．3．1 CuxO层的表征和分析

4．3．2 KCu7S4／CuxO／Au存储器性能的研究

4．3．3 KCuTS4／CuxO／Au存储器机理的研究

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况