界面陷阱能級分布的光電導分析方法與流程

2023-10-09 09:38:44 1

本發明涉及一種界面阻變效應中界面陷阱能級分布的光電導分析方法，具體是指一種針對功能介質和電極接觸所形成的阻變界面，通過功能介質的光電導特性來分析介質/電極界面陷阱能級分布的光電導分析方法。

背景技術：
阻變是指電致電阻變化效應，是一種具有高密度，高速度，低功耗的信息記憶特性，已成為神經網絡計算和半導體行業的研究重點之一。界面阻變是一類重要的阻變行為：它反映的是功能介質材料(如Bi2S3薄膜，ZnO，非晶矽，SrTiO3等)和電極層所形成的界面在電場作用下引起的電阻態變化。這種界面阻抗已被歸結為電場引起的載流子在界面陷阱中的俘獲/釋放所致的肖特基勢壘的變化。分析和評估界面陷阱的能態分布對於深入理解界面阻變機制，改善界面阻變器的性能十分重要。根據界面阻變的肖特基發射模型，介質層本身的載流子陷阱和界面陷阱的形成關係密切，因而成為研究對界面陷阱能態分布的一個重要抓手。在已有的分析阻變介質陷阱的實驗方法中，電子顯微學方法(HRTEM，EELS，PEEM)和X射線譜學方法(XPS，XAFS)存在制樣困難，且要求真空環境等特殊實驗條件，而深能級瞬態譜法主要對深能級陷阱敏感，難以分析陷阱能級分布較寬的情形，且實驗結果分析過程較複雜。

技術實現要素：
本發明目的是：提供一種界面陷阱能級分布的光電導分析方法，其能夠在大氣環境下進行，且能夠適用於各種寬能級分布陷阱的分析，克服了上述已有方法在實驗環境要求或分析能力上的不足，具體是指通過分析介質材料的變溫光電導特性得到反映介質層本身的載流子陷阱分布的一系列關鍵特徵，再結合肖特基發射模型推演出介質/電極界面陷阱能級分布。本發明的技術方案是：一種界面陷阱能級分布的光電導分析方法，其包括：S1：首先測量待分析介質/電極界面的I-V曲線，並據此研判界面是否具有阻變特性；S2：然後將阻變界面的I-V曲線轉換成dG/dV-V曲線，其中電導G＝I/V，並用於定位界面陷阱能級的加權平均中心位置WCTi(WCT：WeightingCenteroftheTraps，而下標i代表界面interface的意思)；S3：接著測量阻變界面所涉及介質材料的變溫光電導特性，並據此分析介質本身的陷阱能級分布特徵；S4：最後結合肖特基發射阻變模型，由步驟S2和S3所得出的關於陷阱能級分布的特徵參數給出界面陷阱能級的分布狀態。在上述技術方案的基礎上，進一步包括如下附屬技術方案：上述方案中，待分析的介質/電極界面是利用拓撲轉換方法把帶有納米網格結構的Bi2S3薄膜(BSNN)製備在FTO襯底上而形成的BSNN/FTO界面，其製作方式為：在FTO基底上採用反應濺射法製備一層200nm厚的BiOx薄膜，將所得薄膜在空氣中400℃退火3小時使之轉化為β-Bi2O3薄膜，將退火得到的β-Bi2O3薄膜置於HCL和硫代乙醯胺的混合溶液中(HCL和硫代乙醯胺的濃度分別為0.4mol/L和0.5mol/L)，在60℃下水浴72小時進行拓撲轉換得到BSNN，最後使用導電銀膠作為BSNN的歐姆接觸；上述方案中，步驟S1中所述介質/電極界面的I-V曲線是通過Keithley2635測量源表測得，其中具有阻變特徵的界面，其I-V曲線呈非對稱狀，且置位段I-V曲線滿足肖特基發射模型：lnI＝A+BV1/2，A和B為兩個擬合參數，其中B>0；上述方案中，步驟S2中所述界面陷阱能級加權平均中心位置由dG/dV-V曲線定位：由於載流子在陷阱中俘獲/釋放是引起界面阻態變化的關鍵原因，故界面陷阱能級加權平均中心位置WCTi和置位段dG/dV峰值所在電壓值V直接對應，即WCTi＝-e×V，e是電子的單位電荷；上述方案中，步驟S3中所述介質材料變溫光電導特性的測量方式是：首先在無光照環境下，沿介質層薄膜膜面方向施加電壓U，使之產生暗電流ID，然後用能量大於介質禁帶寬度的光照射功能介質層使之產生光電導，相應的...