真空喷涂TiO2纳米粒子及其有机复合薄膜阻变特性研究

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随着镀膜技术的飞速发展,磁控溅射、电子束蒸发、电弧离子镀等PVD技术已被广泛应用,而对于新型微纳光电器件而言,现有镀膜方法的镀膜条件都是在高温条件下,对有机物而言存在高温热致烧蚀或分解现象,故进行真空低温镀膜技术的研发。TiO2具有极高的光电转换效率,因此被大量应用为太阳能电池的光电极材料,本文首先经水热法制备TiO2纳米粒子,随后利用真空喷涂法制备Ti02纳米粒子及其有机复合薄膜,并研究其阻变特性。首先进行真空喷涂实验装置的搭建,其主要包括抽气系统,温控系统和喷涂系统,本底真空度约17Pa,工作真空度约170Pa,基底温度最高可达400℃。同时通过改变水热时间和水热温度制备TiO2纳米粒子,经FE-SEM、TEM、XRD等检测手段表征后发现160℃下水热生长的纳米粒子呈锐钛矿相,且随水热时间的增加纳米棒的长度变化并不明显,直径大小会随着水热时间的增加而变大,XRD数据分析表明纳米棒结晶度会随之增大。将Ti02纳米粒子进行真空喷涂镀膜,从表面形貌和阻变特性分析得到最佳喷涂工艺为浓度为5mg/ml的TiO2纳米粒子在150℃的基底温度下使用出口直径为0.3mm的喷嘴喷涂2次。阻变机理分析结果表明TiO2纳米粒子薄膜在高阻态时的导电机制为欧姆传导。旋涂法制备TiO2纳米粒子薄膜对比后发现两种制备方法均有阻变特性,且其开关机理相同。其次,应用真空喷涂系统进行有机物-TiO2纳米粒子复合薄膜的制备,三种有机物分别为PFBT、PVK、PMMA:Alq3=3:2,首先通过分析PFBT的复合薄膜的形貌及电学特性确定薄膜的最佳复合比例和喷涂工艺参数,结果发现复合比例为1:1时薄膜阻变性能最优,最佳喷涂工艺参数为在90℃的基底温度下使用出口直径为0.6mm的喷嘴喷涂3次。阻变机理分析后发现复合薄膜高阻态时的导电机理为欧姆传导,纯PFBT薄膜导电机理为SCLC传导。随后根据所得结论喷涂另两种有机分子的复合薄膜,阻变机理分析后发现薄膜中TiO2纳米粒子起主导作用,复合薄膜均表现为欧姆传导机制,为验证其可靠性进行旋涂法制备三种复合薄膜并对其进行阻变特性的测试,薄膜同样出现开关现象,进一步分析发现其阻变机理与真空喷涂法制备薄膜相同。选取PVK与TiO2纳米粒子复合薄膜进行软件拟合分析,进一步验证实验结果可靠性。
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