基于氧化铟锡电极的透明忆阻器件工作机制研究进展

随着电子技术的发展,兼具透明、柔性等特性的功能电子器件得到了广泛关注。作为新型电子存储器件,忆阻器在新一代信息技术领域(包括低功耗类脑计算、非易失逻辑、数据存储等)有着广阔的应用前景,成为近年来备受关注的新型纳米器件。氧化铟锡是一种常用的透明导电材料,因其优异的光学透明度、稳定的物理、化学特性等优点,成为制备新型透明忆阻器件的理想电极。本文首先简略介绍了忆阻器件的结构,接着综述了基于氧化铟锡材料的忆阻器件的研究和应用,包括其作为存储器、电子突触和痛觉感受器等。然后针对氧化铟锡忆阻器的阻变机制,特别是近年来新发现的铟扩散机制进行了进一步介绍,最后总结展望了氧化铟锡忆阻器的发展前景。     

新型Ti3C2 MXene的化学制备及基于MXene忆阻器特性与机理

阻变器件是一种微电子器件,具有阻值可在两个甚至两个以上的阻态之间重复变化的特点。忆阻器作为新型的阻变器件,具有可连续变化的丰富阻态。近年来因其具备简单的二端结构、高集成度以及低工作电压等特性,在新型非易失性存储以及构建神经形态系统等方面被广泛研究。但其在实现应用的过程中仍存在着稳定性较差等问题。近期一些工作证明了二维材料如氧化石墨烯在优化忆阻器性能方面具备良好的应用潜力。MXene是一种具备类似石墨烯结构的新型二维过渡金属碳/氮化物,因其具备二维层状结构显现出特殊的力学以及电学特性,有望应用于忆阻器中以提高器件的电学性能。在本文中,我们通过化学湿法刻蚀制备了Ti₃C₂粉末,通过旋涂工艺在忆阻器结构中引入Ti₃C₂薄膜。Ti₃C₂ MXene与SiO₂同时作为忆阻器阻变层,制备了Cu/Ti₃C₂/SiO₂/W结构的忆阻器,并且对其相关电学特性进行了探究。在该器件上,通过实验测得忆阻器典型的开关特性曲线并在双向直流电压下针对高、低阻态的可重复性、稳定性进行了实验。结果表明该器件能够在100个扫描循环过程中保持稳定的高、低阻态达到10⁴ s以上。同时,该器件状态能够受脉冲电压调节,实现突触间典型的双脉冲易化行为。实验结果表明基于Ti₃C₂ MXene的忆阻器将有望应用于构建新兴存储设备以及人工神经形态系统。     

共价有机框架薄膜的界面生长策略及其在忆阻器中的研究进展

随着大数据和物联网时代数字通信技术的飞速发展,忆阻器在高密度数据存储技术和神经形态计算等应用中扮演着越来越重要的角色.得益于共价有机框架(COF)材料优异的可设计性及独特的光电特性,同时,伴随着液体界面辅助的制备策略不断发展与完善, COF材料在存储器件中的应用得到了极大推广.为了开发更高性能的基于COF材料的存储器件,需要全面地了解从材料设计、制备到器件应用的不断发展.因此,本综述系统地总结了COF薄膜的制备策略及其在忆阻器中应用的进展.最后,我们对基于COF存储器件的当前挑战及未来发展进行了总结与展望.     

高分子忆阻材料的设计、制备和神经突触仿生研究进展

自从1971年加州大学伯克利分校电子理论家蔡少棠教授提出忆阻器(又称"记忆电阻",第四种电路元件)假设后,引起了材料科学家和固体物理学家的极大的研究兴趣。作为一种在计算机数据存储和神经运行领域具有广泛潜在应用价值的非线性动态电子器件,其影响可以追溯到发明电阻器、电容器、电感器之前。与生物大脑的神经突触类似,忆阻器兼具记忆和逻辑运算的功能。本文综述了近年来高分子忆阻材料的合成和生物神经突触模拟研究进展。利用不同的前、后突触刺激可以模拟神经突触展现的一些诸如短期/长期可塑性(STP/LTP)、尖峰时间相关的可塑性(STDP)、穗率相关塑性(SRDP)和"学习-记忆-遗忘"等基本功能。大量研究结果已经表明:材料体系的电荷转移与传输、分子间弱相互作用、材料分子结构、聚集态结构、薄膜微结构和电输运特性等因素对材料忆阻效应有显著影响。     

二元氧化物绝缘层的溶液法制备及在阻变存储器中的应用

阻变存储器(RRAM)凭借可高度集成、可同时存储和运算、运行速率快、功耗低等特性,成为最具潜力的存储技术之一。因电学性能优良且与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容性好,二元氧化物材料在RRAM的发展中具有重要意义。与传统绝缘层沉积工艺不同,溶液法制备绝缘层是先将前驱体溶液制成薄膜,再将薄膜通过不同的工艺转化为绝缘层。因此前驱体溶液种类以及转化工艺均对所制备的绝缘层的微观结构、化学组成和电学性能具有直接的影响。本文首先简要介绍了RRAM的发展历程及作用机制;其次综述了溶液法制备氧化物材料在忆阻器中的应用,重点围绕前驱体溶液组成、转化机理与所制备氧化物绝缘层结构性能关系对已报道的结果进行分析,最后阐述了溶液法制备绝缘层材料面临的关键问题并展望了其未来发展方向。     

基于Cu2S电阻开关器件的光电记忆效应

硫化亚铜由于其独特的电和光学特性，被广泛应用于电阻开关存储和光伏器件.本文通过脉冲激光沉积/化学气相沉积两步法合成Cu₂S薄膜，该膜由纳米颗粒构成，结晶度高，在近红外区有较好的光吸收特性.蒸镀铜电极构成Cu/Cu₂S/P-Si结构忆阻器件后，器件表现出电子型双极阻变行为，其阻变机制由空间电荷限制电流和肖特基发射机制协同主导.此外，还探究了光对器件阻变行为的响应及机理.结果表明，在光照下，最大电流响应增加至暗态时的5倍.分析认为，光照使Cu/Cu₂S界面处的肖特基势垒减小，在高阻态下，阻变机制由肖特基发射机制转变为空间电荷限制电流机制，并使器件电导率增加.本工作为Cu₂S基光电协同响应忆阻器的研发提供了新思路.     

溶胶凝胶法制备TiO2@Cf柔性忆阻器交叉开关

以碳纤维作为柔性衬底和电极材料,通过溶胶凝胶法在其表面镀覆TiO₂阻变活性层,进而通过“十”字搭接制备成柔性纤维忆阻器（TiO₂@C_f）。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等测试手段对TiO₂@C_f结构进行表征并对其忆阻特性及阻变机理进行研究。结果表明：碳纤维上的TiO₂涂层为锐钛矿型晶体结构,其氧空位的浓度约为19.5%;制备的TiO 2@C_f柔性忆阻器为突变型忆阻器,其高低阻态阻值开关比可达10⁴;经过疲劳耐受性测试,忆阻器件的高低阻态开关比稳定在2个数量级左右。TiO₂@C_f忆阻器的机理表现为：在高阻态和低阻态时是以欧姆导电为主导的载流子输运机制,其阻态转变机制与氧空位导电细丝的形成和断裂有关。制备的TiO₂@C_f柔性忆阻器在一定程度上具有柔性弯曲变形,同时满足可编织、穿戴等功能。     

稀土元素改性钒基固溶体储氢合金研究进展

钒基固溶体储氢合金具有体心立方(BCC)结构,储氢质量分数在3.8%以上,充放电容量为1052 mA·h/g,优于AB₂和AB₅等系列合金,并且在常温常压下表现出较高的氢溶解度和扩散系数,因此在氢储运系统以及氢能源供应等领域具有广阔的应用前景,但钒基固溶体合金存在着活化难度大、放氢条件苛刻、循环寿命短以及对氧敏感易氧化等问题。研究表明,稀土对多种固态储氢材料均有很好的改性作用,将稀土元素通过元素替代或掺杂的方式加入到钒基固溶体合金中,有助于生成高活性的稀土或稀土氧化物第二相,可明显改善材料的吸放氢热力学、循环稳定性以及抗毒化性质,同时可减少材料内的氧含量,提高材料的活化特性。电化学性能方面,稀土元素的添加能显著提升合金电极的循环稳定性、耐腐蚀能力以及高倍率放电性能。因此,稀土元素取代是实现钒基固溶体储氢材料实际应用的一项行之有效的方法。本文报道了近30年稀土改性钒基固溶体储氢合金的研究现状,重点总结了稀土元素的作用机制,并对今后重点研究方向进行了展望。     

无机固体材料中的忆阻效应

缺陷调控是固体化学中的基本问题,也是决定材料性能的核心要素。基于缺陷调控的忆阻效应将给未来电子信息领域带来全新的变革。本文综述了无机固体材料中忆阻效应的研究进展,主要总结了忆阻效应的产生机制和忆阻材料的类型,结合原子级p-n结的相关工作,提出深入明确电场下缺陷迁移机制将是从无机固体化学角度研究忆阻效应的重要方向。     

无机固体材料中的忆阻效应

缺陷调控是固体化学中的基本问题,也是决定材料性能的核心要素。基于缺陷调控的忆阻效应将给未来电子信息领域带来全新的变革。本文综述了无机固体材料中忆阻效应的研究进展,主要总结了忆阻效应的产生机制和忆阻材料的类型,结合原子级p-n结的相关工作,提出深入明确电场下缺陷迁移机制将是从无机固体化学角度研究忆阻效应的重要方向。     

稀土离子特性与稀土功能材料研究进展

稀土元素是一个包含了由钪、钇与镧系共17种元素的系列统称,它们既具有本质上的物理化学相似性,也具有各自独特和多样的电子结构。 从化学水平上讲,稀土离子的特性决定了稀土永磁、磁致冷、超导、热释电、光学制冷、非线性光学、催化等高新技术应用的本质;从材料水平上讲,稀土功能材料是实现这些技术应用的基础。 从科技发展要求来讲,稀土功能材料的研发是实现稀土资源高质量发展的最重要途径。 本文从稀土离子特性出发,利用轨道杂化模型构建稀土离子与稀土功能材料之间的基本关系,总结了近年来不同应用领域中稀土离子在稀土功能材料的组成设计与性能优化方面的研究进展。     

银,钾掺杂对稀土锰钙钛矿的磁性和电性的影响

用固相反应方法制备了银和钾掺杂稀土锰钙钛矿氧化物Ag-（La0.92K0.04MnO3）n,研究了该系统的电性和磁性。稀土锰钙钛矿系统的电阻-温度曲线呈现双峰结构。根据核壳结构,说明钾的挥发及银的添加对稀土锰钙钛矿颗粒的磁性以及系统的传输性质产生了影响。n=4的样品在很宽的温度范围内表现出很大的磁电阻。实验表明：添加适量的银有利于增大多晶材料的磁电阻并且延展其温度范围。     

高纯稀土氧化物中其他稀土元素分析

随着各项特性功能的要求,高新功能材料不断被研究出来。稀土由于其优异的特性,在光功能晶体、电子陶瓷、高纯稀土镀膜材料等高端功能材料制造中,高纯稀土的需求将越来越大。高纯稀土的分析检测技术是高纯稀土生产和相关应用的基础,因此,建立准确的高纯稀土分析检测方法具有十分重要的意义。介绍了高纯稀土氧化物中共存的其他稀土元素杂质分析的方法及进展,并进行了展望。重点介绍了ICP-MS/MS方法在高纯稀土氧化物检测中的应用,指出了其在高纯稀土检测应用的广阔前景。     

稀土氟氧化物的多形性与上转换发光研究进展

稀土上转换发光材料具有低荧光背底,窄发射带宽,涵盖紫外、可见和近红外波段的发射波长等特点;在固体激光器、温度传感、光催化、生物标记等领域展现出广阔的应用前景。寻找优秀的基质材料是稀土上转换材料研究的重要方向。稀土氟氧化物兼具低声子能量和高稳定性的优点,结构的多形性为上转换发光性能带来丰富的变化,为研究晶体结构与发光性质之间的关系提供了素材。此外,日益发展的纳米材料制备技术使得稀土氟氧化物在尺寸、形貌、表面修饰和复合结构等方面获得不断改进,直接推动了稀土氟氧化物的应用研究。对稀土氟氧化物作为上转换基质材料的研究进展进行总结,并从晶体结构、材料制备和上转换发光性质的应用研究角度进行综述和展望,希望能为更进一步的研究提供有益参考。     

针对氨分解反应的稀土基催化剂研究进展

氢能源作为重要的绿色能源，其制备与应用引起了研究者的极大关注。氨分解在线制氢能够有效解决氢能源储存运输的难题，可以制备得到无碳氧化物杂质的高纯度H₂，但氨分解反应的活化能较高、反应条件苛刻，因此开发高效氨分解催化剂对氢能源产业发展具有重要意义。稀土氧化物具有较强的表面碱性和良好的热稳定性，其特殊的4f轨道电子结构使其具有储存和释放电子的潜力，易于与活性金属形成结构稳定的界面位点以及增加活性金属的电子密度。因此将稀土材料作为组成部分应用到构建高效稳定的氨分解反应催化剂中具有广阔的研究前景。本文总结了稀土基催化剂催化氨分解反应的进展，对其可以高效促进氨分解反应的内在原因进行了分析，并且对稀土基氨分解催化剂的构效关系揭示和可能的性能优化途径进行了展望。     

稀土催化材料的应用及研究进展

介绍了稀土催化材料在石油化工，化石燃料催化燃烧、机动车尾气的催化净化，有毒有害废气的治理，Cl化工、固体氧化物燃料电池及移动制氢、稀土催化理论研究等方面的应用和研究现状，并就稀土催化材料研究中存在的问题和稀土催化材料的发展进行了思考和展望。     

微纳米稀土氯氧化物的合成研究进展

稀土氯氧化物作为一种重要的发光基质,具有较高的光吸收效率和传能效率,在彩色显示、催化、生物医药、光电转换、气敏等领域均有广泛的应用,已成为光功能材料领域的研究热点之一。目前研究者已用固相法、沉淀法、液相-高温焙烧法、水热与溶剂热法、前驱体热解法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法等方法成功地制备了稀土氯氧化物微米颗粒,纳米颗粒、纳米条、纳米片、纳米棒、纳米针、纳米纤维、纳米带、纳米管等稀土氯氧化物微纳米材料。总结了各种制备方法的研究进展及优缺点,并结合本课题组在稀土氯氧化物纳米材料方面的研究工作,对稀土氯氧化物微纳米材料的制备方法的发展方向进行了展望。     

稀土红色长余辉发光材料研究进展

综述了稀土元素掺杂红色长余辉发光材料的研究进展，总结了硫化物、钛酸盐、硫氧化物、硅酸盐、氧化物和磷酸盐等基质体系的红色长余辉发光，并指出硫氧化物和磷酸盐等基质是最具有发展前景的红色长余辉发光体系，讨论了Eu^2 在硫化物、Pr^3 在钛酸盐以及Eu^3 和Sm^3 等稀土离子在硫氧化物和硅酸盐等体系中的红色长余辉发光机制。介绍了传统的高温固相法以及溶胶．凝胶法、微波合成法等稀土红色长余辉材料的制备技术。提出了从基质材料、制备技术和稀土离子发光机制入手是稀土红色长余辉发光材料今后研究与开发的发展方向。     

稀土对TiC基金属陶瓷耐磨堆焊材料组织性能的影

应用扫描电镜、透射电镜等测试手段和冲击试验、磨损试验,研究了TiC基金属陶瓷堆焊材料中加入稀土氧化物,对堆焊材料的组织、界面相结构、显微硬度、冲击韧性和磨损性能的影响,初步探讨了稀土氧化物改善界面显微结构、提高胎体金属韧性的作用机制。研究结果表明,稀土氧化物能细化堆焊层胎体金属组织,消除胎体金属的缺陷,细化胎体金属断口韧窝并使撕裂棱数量增加,提高堆焊层冲击韧性和塑性,促使金属基陶瓷与胎体金属界面形成多晶过渡区和局部非晶态物相,提高界面的结合强度。稀土氧化物的加入对胎体金属显微硬度的影响不大,但能显著提高堆焊层干摩擦磨损状态下的耐磨性,具有一定的减摩作用。     

稀土在高分子材料领域的技术开发及应用现状

稀土因其独特的原子结构、优良的光电磁性及易与其他元素组合等物化性质,广泛应用于轻工、冶金、机械和国防等传统和特种领域。本文根据稀土材料的功能划分,对稀土材料在高分子材料中的应用情况进行了系统阐述,并根据现有技术开发及应用现状,提出相应建议。