纳米晶的制备，表面修饰及其电荷存储性能的研究

作为新一代的超高密度存储器件，纳米晶存储器具有体积小、存储密度高，低能耗、快速擦写和可多次循环使用的特点，本研究工作的目标是利用脉冲激光沉积技术在高介电材料薄膜中形成高密度，可以有效控制尺寸的纳米晶。通过优化组合纳米晶材料和介电母体材料以及制备核壳结构纳米晶来人为的调控纳米晶表面的缺陷态。系统的研究纳米晶表面缺陷在电荷存储中的作用，探寻纳米晶存储电荷的物理机理，研究载流子的限域效应，单电子效应，了解量子多位存储器在构建超小，超高密度存储器中的应用。

本研究项目的目标是制备埋嵌在高介电基体材料中、高密度、可以有效控制尺寸纳米颗粒，了解埋嵌型纳米颗粒的应变场分布和纳米颗粒界面缺陷密度之间的关系,探寻埋嵌型纳米颗粒存储电荷的物理机理，对纳米颗粒存储器件潜在应用进行了初步探索。本项目实施以来取得的主要研究成果如下：1）利用脉冲激光沉积技术在高介电材料薄膜中形成了高密度，可以有效控制尺寸的纳米颗粒和核壳结构纳米颗粒，纳米颗粒的尺寸小于10纳米，面密度可以达到1011 cm-2以上。发展了一系列制备埋嵌在非晶高介电薄膜中的高密度、有效控制尺寸的纳米颗粒和核壳结构纳米颗粒的制备方法。2）在纳米颗粒成核和生长过程中，介电基体材料会对纳米颗粒施加非均匀偏应变的作用。这种非均匀偏应变对于纳米颗粒的微观结构，形貌生长以及表面态有很大的影响。通过调控纳米颗粒的应变作用，我们实现了对纳米颗粒的微观结构、形貌以及界面缺陷态的人工调控。3）纳米颗粒的电荷存储性能和纳米颗粒的界面态密切相关。在纳米颗粒的生长过程中，介电基体材料会对纳米颗粒施加非均匀偏应变的作用，从而导致在纳米颗粒界面形成大量的浅能级缺陷，在器件的充放电过程中，这些浅能级缺陷态可以俘获和释放电荷，提高了纳米颗粒的电荷存储性能。通过调控纳米颗粒的应变作用可以调控纳米颗粒浮栅存储器件的电荷存储性能，推动纳米颗粒存储器在构建超小，超高密度存储器中的应用。项目实现了预定研究目标，完成了计划书中的全部研究内容。研究成果获2013年江西省高等学校科技成果奖二等奖，在Nanoscale、Journal of Physical Chemistry C、Applied Physics Letters等国际顶级期刊发表论文10篇，国际、国内会议口头报告7次。