盐辅助化学气相沉积法制备硫化亚锡纳米片及其在忆阻器中的应用

作     者：魏子健 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王栋;徐文博

授予年度：2023年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 07[理学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：二维材料 SnS纳米片 忆阻器 盐辅助化学气相沉积法 

摘      要：近年来,随着传统硅基半导体材料的发展陷入瓶颈,人们迫切需要一种能够替代传统硅基半导体的新型材料。二维半导体材料由于其特殊的结构而具有优秀的机械延展性、可调节的能带结构、卓越的光电效应和极小的尺寸,因此在柔性器件、光电转换、催化储能和微电子器件等领域备受瞩目,其有可能成为可以替代传统半导体的材料之一。作为二维半导体材料的一种,SnS无毒、无污染且化学性质稳定,构成元素Sn和S在自然界储量丰富,相较于Mo S、WS、Cd S等常见的金属二维材料,更加经济实惠,因此,二维SnS材料近年来逐渐引起人们的关注,已广泛用于光伏电池,太阳能电池等各个领域。本论文通过化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)和盐辅助化学气相沉积法(Salt-assisted chemical vapor deposition,SA-CVD)生长SnS纳米片,并通过正交实验和对比实验探究制备SnS纳米片的最佳参数,通过转移二维材料和电极的方法来制备了Ag/SnS/Au垂直忆阻器,并进行了性能检测。主要研究内容如下:(1)通过设计正交实验法探究实验参数研究了加热温度、保温时间、气体流速和衬底至前驱体距离对SnS纳米片生长的影响。用光学显微镜、扫描电镜和原子力显微镜表征所得产物的形貌,用能谱分析材料试样成分,用XRD研究试样结构。分析不同参数下SnS纳米片的生长情况。通过对结果进行量化分析,计算出不同参数对于最终产物形貌和性能的影响,得出用CVD工艺制备SnS纳米片的最优参数。(2)通过添加盐辅助剂KCl进一步优化CVD工艺。实验对比了多种添加辅助剂的方法。结果表明:用加热蒸发的方法可以使辅助剂KCl稳定、干净、均匀地附着在基底上。通过对比法,使用OM和SEM等表征方法,分析了KCl的用量对于SnS纳米片形貌和性能的影响,优化了KCl的用量。在此基础上,进一步对CVD工艺进行优化,结论如下:加热温度为650℃、保温时间1 min、SnS添加量为0.02 g、载气流量为80 sccm、距离为5 mm的条件下,生成的SnS纳米片面积最大,在基底上分布均匀,且正面占比高,很适合转移后作忆阻器。(3)研究了使用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)转移二维材料的办法,并通过干法转移制备了Ag/SnS/Au的垂直忆阻器,对忆阻器性能进行了测试,结果发现其V电压位于2V附近,V电压位于-4V～-1V,LRS和HRS分别位于10Ω和10Ω,且具有较好的电阻保持特性。