寧波材料所在阻變材料探索與機理研究方面取得進展
基于電致電阻效應的電阻型隨機存儲器(RRAM)是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d存儲技術,具有非易失性、低功耗、超高密度、快速讀寫等優(yōu)勢。目前開展穩(wěn)定的新型電致電阻材料的探索以及阻變機理研究非常重要,也是當前的一個研究熱點。
中科院寧波材料技術與工程研究所李潤偉研究團隊較早地開展了阻變材料探索與RRAM器件的研究工作。率先在BiFeO3薄膜【Appl. Phys. Lett. 97,042101(2010),J. Phys. D: Appl. Phys. 44, 415104(2011)】、氧化石墨烯薄膜【Appl. Phys. Lett. 95,232101(2009),Carbon 49, 3796(2011),J. Mater. Chem. 22, 16422(2012)】、N 摻雜的ZnO 薄膜【Nanotechnology 22, 275204(2011)】、聚酰亞胺薄膜【J. Mater. Chem. 22, 520(2012)】、聚西佛堿薄膜【申請發(fā)明專利201110060470.3, 201110060469.0】等材料中獲得了穩(wěn)定的阻變效應。在阻變機理研究方面,2011年,該研究組通過對比研究Cu/ZnO/Pt 和Cu/ZnO/AZO 器件中高阻態(tài)下電輸運性質的差異,證實了金屬導電絲從正極向負極生長,通斷位置發(fā)生在負極附近【Appl. Phys. Lett. 100, 072101(2012), 該論文被編輯選為Appl. Phys. Lett. 亮點論文】,為理解阻變機制、精確控制導電絲的通斷、實現(xiàn)RRAM器件的穩(wěn)定讀寫過程提供了重要的實驗依據(jù)。應《Frontiers of Materials Science》編輯邀請,該研究組綜述性論文“Resistive switching effects in oxide sandwiched structures”作為封面文章近日發(fā)表。(http://www.springerlink.com/openurl.asp?genre=article&id=doi:10.1007/s11706-012-0170-8)
最近,李潤偉研究團隊采用超導元素Nb作為陽極,制備了Nb/ZnO/Pt三明治結構,通過精確控制電阻轉變過程,在該結構中首次觀察到了導電絲的低溫超導行為和室溫量子電導行為。進而,他們在ITO/ZnO/ITO三明治結構中觀察到了半整數(shù)的量子電導現(xiàn)象,而且可以通過控制限流和所施加的電壓對電導態(tài)進行精確的調控。這一發(fā)現(xiàn)證實了可以通過外加電場的方法在固體介質中構建原子尺度的納米點接觸結構,并在室溫下實現(xiàn)電導量子化。不僅為實現(xiàn)RRAM器件的多態(tài)存儲提供了新思路,也為人工構建原子尺度的納米結構提供了一個新方法。
相關結果發(fā)表在材料學權威雜志Advanced Materials (Adv. Mater. 24, 3941-3946 (2012)) (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201201506/pdf), 并被評選為該期的內刊封面文章(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201290176/abstract),有關工作已申請發(fā)明專利兩項(201110113939.5, 201210050252.6)。該研究工作獲得國家973子課題、國家自然科學基金等項目支持。


薄膜三明治結構中量子點接觸結構示意圖及Nb/ZnO/Pt及ITO/ZnO/ITO薄膜中量子的電導行為


Nb/ZnO/Pt三明治結構中的超導現(xiàn)象及ITO/ZnO/ITO三明治結構中量子點接觸結構的調控
(磁材事業(yè)部)