氧化铜纳米片器件的制备及性能研究

作     者：刘海月 

作者单位：中国地质大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：刘艳改;韩欢庆

授予年度：2020年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：氧化铜纳米片 忆阻器件 表面增强拉曼散射 激光辐照 

摘      要：纳米级半导体金属氧化物材料由于其良好的电学性能、稳定的化学性能及较高的性价比为新型功能材料的发展提供了充足的先决条件,在大多数的金属氧化物半导体中,氧化铜(CuO)作为一种窄禁带p型半导体,在催化、电池、太阳能转换、气体传感、场发射等领域具有重要的工业应用价值。本文利用纳米CuO电学方面的电阻转换特性与光学方面的生物传感特性,制备了基于CuO纳米材料的忆阻器件及表面增强拉曼散射(SERS)基底两种微纳器件,研究了CuO忆阻器件的记忆电阻特性、多级电阻效应,以及CuO-Ag复合SERS基底对于不同待测分子痕量检测的灵敏度和检测极限。利用激光辐照的方式对器件活性层进行改性,最后对器件的作用机理以及激光改性方式进行了分析。采用CuO纳米片喷墨打印制备了忆阻器件,解决了传统成型工艺需要高温、高真空、沉积时间长的问题,制得的CuO纳米片忆阻器件具有典型的忆阻特性,具有明显的高低电阻状态,并且不同阻态的电阻可以实现多级可控。同时,采用了旋涂工艺实现了高灵敏度、重现性良好的SERS基底的制备,并且实现了对染料分子罗丹明6G和双酚A的低浓度痕量检测,检测极限分别能够达到10mol/L和10mol/L。采用激光辐照对CuO纳米片忆阻器件以及CuO-Ag复合SERS基底的性能进行优化。激光辐照有效地增大了CuO忆阻器件的电阻转换窗口,降低了器件的内阻,将器件的高低电阻比提高了10-100倍;同时激光辐照使SERS基底的复合结构之间产生强连接,将罗丹明6G的拉曼检测峰强提高了7倍,将双酚A的检测极限提高了两个数量级。最后,在激光辐照的基础上,建模分析了CuO忆阻器件的氧空位导电丝电阻转换机理,以及CuO-Ag物理和化学协同表面拉曼增强作用机理。