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随着人类社会进入信息时代,各种智能电子设备日益普及,全球数据总量呈现指数级增长,对超大容量的存储设备提出了巨大需求,而以硅为基的传统二进制存储技术在尺寸、性能等方面逐步逼近理论极限,急需研发新一代多进制非易失性存储器。忆阻/忆容器是一类新型电路元件,通过不同的电阻/电容态可逆转变实现信息存储,具有功耗低、尺寸小、读写速度快等特点,在各类新型多进制存储技术中极具竞争力。与忆阻器相比,忆容器还具有无潜行路径(Sneak-Path)电流、功耗更低等诸多优点。研究表明中忆阻/忆容开关行为大部分与材料中离子迁移行为密切相关,目前主要的忆阻/忆容材料包括无机金属氧化物、新型二维半导体材料、有机小分子、聚合物等。受限于现有材料的离子迁移速率、忆阻器电存储进制低以及忆容器电存储尚未实现等难题,极大地妨碍了忆阻/忆容电存储的进制数量与存储性能提升。因此急需开发新类型材料,解决以上难题。有机-无机杂化钙钛矿(OIHPs)光电子器件中电压-电流(I-V)曲线存在滞后效应,深入研究后发现:此类材料不仅具有较高的离子迁移速度,而且可溶液中加工、对缺陷不敏感,因此能进行大规模、快速、低成本生产。受有机-无机杂化钙钛矿光电器件不稳定性启发,论文以卤素金属钙钛矿为功能材料,制备忆阻/忆容器件,探索其在二进制、四进制忆阻以及四进制忆容的电存储应用,持续提高存储器件的存储密度与存储性能。主要工作如下:(1)制备了 CsPbBr3量子点基的电存储器件,实现了二进制闪存(Flash)存储,具有大开关电流比(>103)、耐受性较好(>45次循环开/关操作)、数据保存时间长(>800秒)等优点。(2)将有机-无机杂化钙钛矿MASnBr3(MA=甲基铵)制备成了导电玻璃(ITO)/MASnBr3/Au忆阻器,实现四进制电存储,四种电阻态分离良好,其具有大开/关电阻比(最大102-103)、数据保存时间长(可达104秒)、耐受性好(循环次数104次)等优点:并通过电压脉冲实现重复写入/读取/擦除等操作。柔性PET/ITO/MASnBr3/Au存储器件经1000次弯曲后,存储性能不衰减。原位拉曼成像揭示了忆阻开关行为是由于VBr空位(外置电场下MASnBr3中Br-离子发生迁移所导致)导电细丝的形成/断裂。(3)比较了有机-无机钙钛矿MAPbBr3多晶/单晶薄膜的忆阻行为,发现多晶钙钛矿中晶界电阻小于其晶粒电阻,恒定电场下流过晶界的电流比流过晶粒内部的电流大。解释了MAPbBr3多晶薄膜忆阻器ON态电流比单晶器件大三个数量级且忆阻性能明显的原因,提出增加材料晶界密度提升器件存储进制数量的新方法。(4)利用有机-无机杂化钙钛矿MASnBr3,制备了 ITO/MASnBr3/Au存储器件,实验上率先实现了忆容器,其具有四进制忆容存储性能。四个电容态具有分布范围窄、批次均匀性高、数据保持时间长(>104s)、耐用性好(>104次)等优点。此外更具有其作为忆阻器所不具备的对光热不敏感、开/关电压小等诸多优点。使用透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)等原位技术,证实了外加电场下Br离子的迁移导致了 MASnBr3材料自身形成p-i-n结,其结电容的变化导致忆容行为的产生。