柔性阻变存储器材料研究进展EI北大核心CSCD

本文简述了阻变存储器的基本结构、工作原理、发展历程和研究现状,归纳总结了柔性阻变存储器的材料体系,包括介质材料、电极材料和基底材料,以及柔性阻变存储器材料体系的总体趋势和最新研究进展;分析了柔性阻变存储器的性能特点,包括存储性能和力学性能。阐述了发展柔性阻变存储器的重要意义与面临的挑战,提出了该领域现在研究中存在的不足和未来需要进一步研究的方向。得出力学性能稳定的高电导可拉伸电极和存储性能稳定的可拉伸介质是柔性阻变存储器材料今后发展的主要方向。     

柔性阻变存储材料与器件研究进展

物联网技术的飞速发展对柔性可穿戴电子设备提出了迫切需求,而作为电子设备不可或缺的部分,存储器势必也需要向柔性化的方向发展。阻变存储器具有高速、低功耗、非易失、结构简单、选材广泛等特性,被视为未来柔性存储器的重要候选器件之一。在应变条件下,阻变存储器的薄膜开裂无疑会导致器件性能失效。因此,近年来除研究应变对材料性质和器件性能的影响外,研究人员主要从选择合适的阻变材料和优化器件制备工艺方面不断尝试,取得了丰硕的成果,大幅提升了器件的柔韧性。为构建高性能的柔性阻变存储器,许多材料已被开发作为存储介质,包括无机、有机、有机-无机复合或杂化材料等。同时,金属、金属合金、碳/硅材料、氮化物、导电氧化物等已被尝试用作电极材料,聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等也已被尝试用作柔性衬底。此外,器件的制备起初主要采用全气相法,条件相对苛刻,通常需要高真空甚至高温环境。近年来的研究工作将气相-液相混合甚至是全液相法引入到柔性阻变存储器的制备工艺中,初步实现了器件的简单、低温和快速制备。本文归纳了柔性阻变存储器的研究进展,分别对器件材料(存储介质、电极和衬底)和制备工艺及性能进行了全面介绍,分析了器件的失效机理,并对本领域当前存在的挑战与未来发展前景进行了讨论。     

阳离子基阻变存储器的研究进展

基于电荷存储的传统非易失存储技术越来越难以满足大数据时代对海量信息的存储需求,亟需发展基于新材料、新原理的非易失存储技术。基于阳离子电化学效应的阻变存储器具有结构简单、速度快、功耗低、可缩小性好、易于三维集成等优点,被认为是下一代非易失存储器的有力竞争者。然而,器件参数离散性大以及阻变机制不清晰严重阻碍了该类器件的快速发展。近几年,国内外学者通过材料和结构的优化设计显著提高了器件的性能,借助先进的表征技术阐明了器件电阻转变的微观机制,为阳离子基阻变存储器的大规模生产和应用奠定了科学基础。从材料改性、器件结构设计和微观机制表征三个方面综述了阳离子基阻变存储器的研究进展,并对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。     

1D1R型阻变存储器的研究进展

本文从二极管类型、器件组成和单元结构综述了1D1R型阻变存储器的研究进展。二极管可分为硅基二极管、氧化物二极管(p-n结型、肖特基型)和聚合物二极管。硅基二极管性能优异,但制备温度高,不利于集成;氧化物二极管易制备,且与CMOS工艺兼容,但正向电流密度不足;聚合物二极管虽然性能较差,但易于大面积制备,柔性好。单元结构可分为1D1R、1D2R和Bi-1D1R。1D1R研究最为广泛,但不适用于双极型阻变介质,1D2R和Bi-1D1R型可适用于双极型阻变介质。分析静态和柔性下的器件表明:阻变介质和制备方法对于存储器的性能有较大影响,柔性1D1R型阻变存储器已经具备了一定的抗弯扭、卷绕能力,其柔性主要受到基底性质、膜层间粘附力、杨氏模量差、材料属性等影响。     

二维忆阻材料及其阻变机理研究进展

二维材料由于具有超薄、柔性的层状结构,有望突破传统阻变材料难以降低忆阻器尺寸的限制,成为存储器、柔性电子、神经形态计算等领域的研究热点。本文从器件结构、材料种类、开关机理、电极和功能层改性等方面综述和分析了近年来二维材料基忆阻器的研究进展。“三明治”结构是忆阻器最常用的结构,通过插入调节层可提高器件稳定性;平面结构可操控性较差,但其独特的易观察性为研究忆阻器的阻变机理提供了有力工具。石墨烯及其衍生物和二硫化钼忆阻器阻变性能较好且应用广泛;二硫化钨、碲化钼、六方氮化硼、黑磷、MXene、二维钙钛矿等也逐渐被应用于忆阻器,但性能仍需优化。器件开关机制主要包括导电细丝、电荷俘获与释放、原子空位等。选择功函数合适的电极,可有效调控界面势垒和载流子输运;通过将二维材料与聚合物复合或掺杂纳米粒子,可有效降低器件的离散性。下一步应从界面性质精确控制和耐弯曲耐极端温度等方面深入研究,为新型二维材料忆阻器的工业化应用奠定基础。     

阳离子迁移型阻变存储材料与器件研究进展

硅基闪存是当前半导体市场的主流非易失性存储器,但其小型化日益接近物理极限.阳离子迁移型阻变存储器是下一代高速、高密度和低功耗非易失性存储器的有力竞争者之一,近些年受到科学界和工业界的广泛关注.本文从材料、阻变机理和器件性能3个方面综述了阳离子迁移型阻变存储器的研究进展,其中材料部分包括电极材料和存储介质,阻变机理部分包括金属导电细丝的存在、生长模式和生长动力学,而器件性能部分包括开关比、擦写速度、擦写功耗、循环耐受性、数据保持特性以及器件小型化潜力.最后,对本领域的未来研究重点进行了展望.     

基于阻变效应非挥发性存储器的研究概述

随着半导体技术节点的推进,传统的半导体存储技术已经满足不了人们对便携式信息产品的要求.阻变式存储器(RRAM)作为一种新的存储技术,其器件具有结构简单、与CMOS工艺兼容、可高密度集成以及快速存储等优势,引起人们广泛的研究兴趣并成为国内外研究的热点领域.就目前RRAM器件的研究现状,从RRAM器件的基本工作原理、微观物理机制、实际应用所遭遇的挑战以及新型RRAM器件等方面进行了简要评述.     

Hf/HfO_2基双极阻变存储器研究

本文制备了纳米级的Hf/Hf O2基阻变存储器,阻变存储器上电极金属和下电极金属交叉,形成交叉点型的金属-氧化物-金属结构。系统地对其电学特性进行表征,包括forming过程、SET过程和RESET过程。详细研究了该阻变存储器SET电压与RESET电压,高阻态阻值与低阻态阻值间的关联性。该阻变存储器的电学参数与SET过程的电流限制值强相关,因此需要折中优化。利用量子点接触模型对Hf/Hf O2基阻变存储器的开关物理机制进行了分析。     

压阻式柔性应变传感器研究进展

在信息时代,传感器已渗透到各个领域。压阻式柔性应变传感器因其优良的柔韧性、可拉伸/弯曲性以及在异形物体表面的“随形”贴合性,在智能穿戴、人机交互、结构服役过程监测等领域发挥了重要作用。压阻式柔性应变传感器一般有填充式、夹层式和吸附式三种结构,三种结构在制备复杂程度、重复性及传感性能等方面均有差异。研究者们多采用传统方法实现结构构筑,但传统方法普遍存在操作复杂、成本高、重复性差等问题,而采用新兴的3D打印技术可以高效、高精度、可重复地构筑传感结构,赋予了传感器更大的发展空间。在构筑压阻式柔性应变传感器时需采用柔性基体材料和导电填料,构筑得到的传感器主要有裂纹扩展、导电网络断开和隧穿效应三种传感机制,传感机制的形成与传感器的微观结构和材料有关。另外,压阻式柔性应变传感器的传感性能通常通过灵敏度、传感范围、耐久性等参数来表征,而如何兼具多项优异性能是目前的研究热点。同时,压阻式柔性应变传感器的配套器件和技术是限制其发展的主要因素,尤其是在供电和信号传输方面。本文归纳了压阻式柔性应变传感器在材料选择、结构构筑、机理探索、性能优化、应用开发等方面的研究进展,分析了压阻式柔性应变传感器目前所面临的...     

巨磁电阻材料研究进展

综述了巨磁电阻材料的研究进展,总结了巨磁电阻材料各类体系的研究方法和研究特点,分析了其发展方向与研究趋势。     

忆阻器材料的研究进展

忆阻器(RRAM)是一种新兴的非挥发性存储器,具有简单的器件结构、较快的操作速度和相对较小的功耗。简述了忆阻器的基本原理以及该领域材料方面的最新研究进展,其中重点介绍了HP忆阻器模型;综述了基于不同薄膜材料制备的忆阻器的特性,如有机材料、固态电解液材料、多元金属氧化物、二元金属氧化物等;阐述了忆阻器的重要意义及面临的巨大挑战,提出了未来该领域需要加强研究的若干问题。     

各向异性磁电阻材料的研究进展

各向异性磁电阻效应是自旋电子学中的一种非常重要的物理现象,其在诸多相关领域有着广泛的应用前景,因而也是材料科学研究中最具吸引力的方向之一。分别介绍了传统坡莫合金各向异性磁电阻、隧穿各向异性磁电阻、弹道各向异性磁电阻、库仑阻塞各向异性磁电阻、异常各向异性磁电阻以及反铁磁隧穿各向异性磁电阻的研究进展,提出了一些研究中面临的挑战并对发展方向作出展望。     

庞磁电阻材料的研究进展

20世纪自旋电子学的高速发展以及对强关联电子材料的进一步研究使得具有庞磁电阻效应的稀土掺杂锰氧化物成为凝聚态物理和功能材料研究的重要领域。锰氧化物的载流子自旋极化率高，在居里度附近有很大的磁电阻效应，因此在自旋电子学中有潜在应用前景。锰氧化物是典型的强关联电子材料，它对目前有关强关联体系的认识提出了很大挑战。本文介绍了锰氧化物所具有的包括庞磁电阻效应在内的各种效应及其可能的应用。     

相变存储器材料的研究进展和应用前景

正随着社会发展和科技进步,计算机在日常的工作和生活中起到至关重要的作用。进入信息时代,计算机要储存和处理的信息量越来越大,传统的储存器已经不能满足人们日益增长的需求。因此,研究和开发高速度和大容量存储器具有重要的意义。目前,主流的存储器有以随机存储器(RAM,Random Access Memory)为代表的易失性(volatile)存储器和以闪存(Flash)为代表的非易失性     

柔性电极材料的国内外研究进展

近年来,随着柔性可穿戴设备、触觉反馈设备、能量收集器等领域的快速发展,介电弹性体(DE)及超级电容器(SC)因能够提共高能量、高储能效率以及可小型化而备受关注,有着非常广泛的应用.由于柔性电极的性能直接影响DE的发电和驱动效率以及SC的储能效率,因而其是DE和SC的重要组成部分.基于柔性电极材料的不同类型,本文首先对碳...     

柔性纤维状锂离子电池材料研究进展

针对当前可穿戴电子产品不断发展对柔性供能器件提出的小型化、灵活化以及可弯曲、折叠的要求,介绍了柔性纤维状锂离子电池的结构,总结了近年来柔性纤维状锂离子电池材料及固态电解质材料的研究进展,指出发展安全可靠、适应性强且性能稳定的柔性纤维状锂离子电池材料是未来可穿戴供能器件的发展重点。     

三维柔性超常材料的研究进展

基于平面柔性基底超常材料,利用柔性材料可弯曲、高灵敏度、光学路径相对较短等特性来设计三维柔性基底超常材料。本文介绍了柔性基底的制作方法和几种设计三维柔性超常材料的途径。     

基于相变存储器的相变存储材料的研究进展

相变存储器具有非易失性、循环寿命长、元件尺寸小、功耗低、多级存储、与现有集成电路工艺相兼容等诸多优点,被认为是最具潜力的下一代存储器.简要介绍了相变存储材料的工作原理和对相变存储材料的性能要求,综述了近年来国内外在相变材料存储性能的优化、存储机理以及面临的关键问题等方面的最新研究成果,最后展望了相变存储材料的研究和发展趋势.     

磁电阻材料及其应用的研究进展

本文综述了磁电阻（MR）材料的研究进展，并对目前研究热点的四类巨磁电阻（GMR）材料进行了根据评述，侧重论述MR材料在信息存储等领域的应用，明确指出开发和应用MR材料的关键问题是提高各类GMR材料的室温MR值和降低其工作磁场。