《通過石墨烯缺陷工程打破陽離子基阻變器件中的電流-保持困境難題》

《通過石墨烯缺陷工程打破陽離子基阻變器件中的電流-保持困境難題》

近日，中國科學(xué)院院士、中科院微電子研究所研究員劉明團(tuán)隊及其合作者在陽離子基阻變器件電流-保持特性調(diào)控上取得重要進(jìn)展。


阻變存儲器是一種新型的存儲技術(shù)，具有低功耗，高存取速度，可縮小性好及易于3D集成等優(yōu)勢，被認(rèn)為是下一代存儲技術(shù)的有力競爭者。基于1S1R單元的3D交叉陣列構(gòu)架是RRAM最具潛力的高密度集成技術(shù)方案。為保證1S1R正常工作，選擇器必須能夠提供相較于存儲器更高的驅(qū)動電流，這與電流-保持特性經(jīng)典關(guān)系（電流越大保持特性越好）相違背。因此，如何有效調(diào)控陽離子基阻變器件的保持特性，打破電流-保持特性經(jīng)典關(guān)系的制約，以滿足陽離子基阻變器件作為存儲器/選擇器的需要，是阻變存儲器應(yīng)用中亟需解決的難題。

針對上述問題，劉明團(tuán)隊提出通過石墨烯缺陷工程控制活性電極離子向阻變功能層中注入的路徑尺寸和數(shù)量，集中化/離散化陽離子基阻變器件中導(dǎo)電通路的分布來調(diào)控其穩(wěn)定性。此類調(diào)控方法也可看作是“一根筷子輕輕被折斷，十雙筷子牢牢抱成團(tuán)”的東方哲學(xué)思想的一種科學(xué)運用。該方法打破了阻變器件中電流-保持困境的經(jīng)典難題，不僅獲得了高驅(qū)動電流（雙向500μA）、低保持特性的易失性選擇器（圖1a），而且獲得了低操作電流（1μA）、高保持特性的非易失性存儲器（圖1b），這就為阻變存儲器的1S1R方案3D高密度集成奠定了基礎(chǔ)（圖2）。此工作是該領(lǐng)域首次在相同結(jié)構(gòu)阻變器件中實現(xiàn)電流-保持特性的雙向調(diào)控，這種通用的基于二維材料阻擋概念的離子遷移調(diào)控方法也能夠移植應(yīng)用到離子電池，離子傳感等研究領(lǐng)域。

該工作以《通過石墨烯缺陷工程打破陽離子基阻變器件中的電流-保持困境難題》為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上（Advanced Materials，DOI:10.1002/adma.201705193）并被評為內(nèi)封面故事，相關(guān)專利已在申請。中科院微電子所博士趙曉龍、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所博士馬駿及武漢大學(xué)教授肖湘衡為該論文共同第一作者，劉明、微電子所研究員劉琦及上海微系統(tǒng)所研究員狄增峰為該論文共同通訊作者。該項研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京科技人才培養(yǎng)項目、中科院戰(zhàn)略重點研究計劃等的資助。

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