【摘 要】
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阻变存储器由于简单的结构、优异的可微缩特性、快速的读写等优点,在下一代非易失性存储器的研究中占据着越来越重要的地位。在众多的阻变材料中,卤素钙钛矿材料由于其卤素离
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阻变存储器由于简单的结构、优异的可微缩特性、快速的读写等优点,在下一代非易失性存储器的研究中占据着越来越重要的地位。在众多的阻变材料中,卤素钙钛矿材料由于其卤素离子非常易于迁移,从而可以实现高速、低功耗的阻变存储器。并由于其材料本身具有制备工艺简单、可与柔性衬底集成、光电同时可调等优点,使得基于卤素钙钛矿的阻变存储器在近年来引起了研究人员们的广泛关注。最近已经有一些工作报道了基于柔性衬底的卤素钙钛矿阻变存储器阵列的研究。在这些报道中,其阵列的集成均是采用横杆交叉式(Crosspoint)的结构。这种结构的突出优点是:结构简单、集成度高、成本低。但这种结构也面临着一个关键性的问题,即潜行通路电流问题。这一问题会引起阵列中存储器状态被误读,从而造成错误。为了解决这一问题,通常需要在阵列中与阻变存储器串联一个非线性的选通器件,抑制潜行通路电流。为了方便与卤素钙钛矿阻变器件集成,进而在柔性衬底上制备出性能优良的卤素钙钛矿阻变存储器的阵列,基于同种材料——卤素钙钛矿的选通器件是良好的选择之一。然而,截止到目前为止尚未有围绕卤素钙钛矿选通器件相关研究的报道。因此,为了实现基于卤素钙钛矿的阻变存储器阵列,本论文选择用卤素钙钛矿材料制备选通器件。我们设计并制备了具有两种不同上电极材料(Ag和Au)的卤素钙钛矿选通器件,发现器件呈现良好选通特性的关键性测试条件,随后对两种电极材料下的选通机理分别进行了分析研究,最终测试了基于卤素钙钛矿的选通器件和阻变存储器的串联特性,验证了卤素钙钛矿选通器件的选通功能。主要研究内容如下:1.制备Ag/Csx(MA0.17FA0.83)(100-x)Pb(I0.83Br0.17)3/ITO结构的阈值开关选通器件,对经过电刺激的器件进行限流条件的研究,发现器件可以在0.01 mA、0.1 mA、1 mA的限流条件下呈现双向阈值开关选通特性。在保证最大开态电流(1 mA)的条件下,研究发现其选通比(正向:>2×103;负向:>5×102)、开关速度(正向开启:160 ns;正向关断:425 ns;负向开启:170 ns;负向关断:635 ns)、电学稳定性(超过100次直流扫描)及器件均一性均比较良好。通过对Ag/Csx(MA0.17FA0.83)(100-x)Pb(I0.83Br0.17)3/ITO结构的阈值开关选通器件的选通机理进行的研究与分析,发现极有可能是Ag元素组成的导电通道在钙钛矿层中的形成和溶解断裂主导了选通器件的通断。2.制备Au/Csx(MA0.17FA0.83)(100-x)Pb(I0.83Br0.17)3/ITO结构的阈值开关选通器件。在N2环境下,经过对限流条件的对比研究,发现器件在0.01 mA、0.1 mA、1 mA的限流条件下呈现较为良好的阈值开关选通特性。在最大开态电流(1 mA)条件下,其选通比(正向:>106;负向:>2×105)较为优异、电学稳定性(超过60次直流扫描)也较为良好。通过对Au/Csx(MA0.17FA0.83)(100-x)Pb(I0.83Br0.17)3/ITO结构的阈值开关选通器件的选通机理的研究与分析,发现这类器件出现选通特性的原因可能是:施加在器件上的电场较小时,在卤素钙钛矿层内形成了由离散的卤素空位基团组成的多空位岛系统,相邻的卤素空位基团之间就相当于一个隧穿结,当施加在器件上的电压足够大时,载流子才能通过隧穿结,从而使器件呈现阈值开关选通特性。3.在N2环境下,测试研究了卤素钙钛矿的选通器件和阻变器件的串联特性,验证了我们所制备的选通器件可以抑制潜行通路电流。还研究了卤素钙钛矿在柔性衬底上制备的选通器件可以呈现出优秀的抗机械弯折能力,表明了卤素钙钛矿类阻变存储器和选通器件在未来可穿戴设备上的应用潜力。
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