寧波材料所在阻變存儲器研究方面取得進展
存儲器是現(xiàn)代信息技術的核心和基石。開發(fā)基于新結(jié)構(gòu)、新原理和新材料的新型存儲器，對信息技術的發(fā)展至關重要。阻變存儲器(RRAM)是一種新興的信息技術，其工作核心是通過器件電阻狀態(tài)的精準調(diào)控實現(xiàn)信息的編碼與存儲，具有結(jié)構(gòu)簡單、器件單元尺寸小、與CMOS工藝兼容、可與處理器在同一芯片上實現(xiàn)大規(guī)模三維集成等優(yōu)點。研究人員致力于通過阻變介質(zhì)中人工納米結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)建,研究電場、光照、磁場與介質(zhì)中形成的人工納米結(jié)構(gòu)的相互作用和新奇物理現(xiàn)象，探索實現(xiàn)阻變存儲器集成化、多值化、功能化以及柔性化等的有效途徑，從而推動信息技術發(fā)展過程中所面臨的摩爾定律極限以及馮諾依曼瓶頸等問題的解決。
探索高性能存儲器
發(fā)展多值存儲是提高存儲容量、簡化存儲器芯片結(jié)構(gòu)的重要技術手段之一。阻變存儲器主要利用電場作用下金屬離子或氧空位的形成、遷移以及氧化還原等一系列熱力學和動力學過程在電極/介質(zhì)/電極三明治結(jié)構(gòu)中形成導電通道進行存儲。研究人員通過深入分析其工作機制，建立了“倒三角”金屬導電通道阻變模型。在此基礎上,通過外加電場精確控制金屬離子遷移，在固體介質(zhì)中構(gòu)建原子尺度的納米點接觸結(jié)構(gòu)，獲得了實現(xiàn)量子電導效應和多值存儲特性的新方法。
此外，研究人員發(fā)展了一種利用電場驅(qū)動的氧離子輸運行為在五氧化二釩(V2O5)薄膜中構(gòu)建垂直分布的準一維VO2納米通道的新方法。基于該方法制備的準一維通道具有可靠的金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變和易失性開關特性，可用作高性能選通器，以避免相鄰RRAM器件間的漏電和串擾問題。
相關工作作為封面論文發(fā)表在Adv.Mater.、ACS Nano、Adv.Electron.Mater.等期刊。
拓展基于離子輸運的多功能器件
阻變存儲器中納米導電通道、納米異質(zhì)結(jié)、納米磁疇等人工納米結(jié)構(gòu)的內(nèi)嵌往往會帶來器件能帶結(jié)構(gòu)的變化，進而產(chǎn)生諸如光電調(diào)控、磁電調(diào)控等新奇的物理效應。例如，研究人員通過光照和電場可逆地改變光敏介質(zhì)氧化鈰(CeO2-x)作為功能層的阻變器件的能帶結(jié)構(gòu)和電輸運特性，利用電場可擦除的可持續(xù)光電導效應開發(fā)了一種集成了光信息的解碼、運算與存儲功能的多功能阻變器件，有效地降低了集成電路的復雜性，有望為應對大數(shù)據(jù)時代海量信息的挑戰(zhàn)提供解決方案。
研究人員還提出了在納米尺度下通過電場誘導離子輸運調(diào)控磁性氧化物材料磁性的新思路，并在CoFe2-xO4和LiFe5O8-x薄膜中實現(xiàn)了磁化方向的非易失性可逆翻轉(zhuǎn)，為高效自旋電子器件(如低能耗、高密度電寫磁讀存儲器)的研究提供了一種新途徑。
相關工作作為封面論文發(fā)表在Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Electron. Mater.等期刊，并被Materials View China高亮報道。
發(fā)展柔性阻變存儲器
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術與可穿戴設備的發(fā)展，柔性電子器件引起了人們越來越多的關注。RRAM器件結(jié)構(gòu)簡單、阻變介質(zhì)選擇多樣，為存儲器的柔性化提供了巨大的潛力。在無機材料方面，研究人員自主開發(fā)生長了具有特殊結(jié)構(gòu)——非晶包裹納米晶顆粒的HfO2薄膜，并制備全氧化物ITO/HfOx/ITO夾層結(jié)構(gòu)的器件，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定和機械柔韌性，顯示出高度靈活的電子應用的巨大潛力。在有機材料方面，我們率先提出了通過電場誘導電荷轉(zhuǎn)移、控制有機離子的遷移與摻雜以及含氧基團的吸附和脫附等方法，在有機材料可控構(gòu)建導電通道、從而獲得阻變效應的思路。
例如，率先開發(fā)了氧化石墨阻變材料,實現(xiàn)了阻變電壓小于1V、開關比大于
、保持時間長于
等關鍵性能指標；開發(fā)了具有穩(wěn)定的多態(tài)阻變效應、自整流效應以及優(yōu)異的抗疲勞性的聚西佛堿——對甲苯磺酸(PA-TsOH)體系等；不僅如此，研究人員進一步地提出了采用有機——無機雜化材料作為阻變介質(zhì)，以兼顧存儲性能、機械性能和熱穩(wěn)定性能的思路， 在國際上首次實現(xiàn)了基于金屬有機框架(MOF)材料的阻變存儲器件的全 固態(tài)化、薄膜化與柔性化。為探索柔性存儲器乃至可穿戴電子設備提供了新思路。
相關工作作為封面論文發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater.、 Mater. Horizons等期刊。
（磁材事業(yè)部 劉鋼 陳斌 伊曉輝 高雙 李潤偉）