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...     

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。     

有机和杂化阻变材料与器件

阻变存储器具有功耗低、微缩性好、可大规模三维堆积、与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容等诸多优势,可以满足高性能信息存储的关键要求。采用有机及杂化阻变材料作为存储介质构建器件,通过分子设计及合成策略不仅可实现器件的轻量化和柔性集成,还可以灵活地调控分子的电学特征以及器件的存储性能。本文全面综述了有机及杂化阻变材料与器件的最新进展,特别关注它们在电学性能调控和柔性存储性能方面的设计原则,并对有机及杂化阻变材料与柔性存储器件的当前挑战及未来发展前景进行了讨论。     

共价有机骨架的设计、制备及应用

共价有机骨架(COF)材料是一类由共价键连接有机构筑单元而形成的结晶型有机多孔材料。COF因其长程有序的结晶结构,以及可设计性、可剪裁性和易功能化的特点,表现出优异的物理化学性质,赢得了科学家们的广泛关注和研究。基于COF材料特定的拓扑结构、多样的单元组成、可调的孔道性质和灵活的功能开发,COF材料在气体存储、非均相催化、传感检测、光电转换、质子传导、储能等方面体现出重要的应用价值。本文从COF材料的设计、制备以及应用等方面,综述COF材料领域的发展和现状,并对其研究和应用前景进行展望。     

共价有机骨架的设计、制备及应用

共价有机骨架(COF)材料是一类由共价键连接有机构筑单元而形成的结晶型有机多孔材料。COF因其长程有序的结晶结构,以及具有可设计性、可剪裁性和易功能化的特点,因而表现出优异的物理化学性质,被科学家们广泛关注和研究。基于COF材料特定的拓扑结构、多样的单元组成、可调的孔道性质和灵活的功能开发,COF材料在气体存储、非均相催化、传感检测、光电转换、质子传导、储能等方面体现出重要的应用价值。本文从COF材料的设计、制备以及应用等方面,综述了COF材料领域的发展和现状,并对其研究和应用前景进行展望。     

稀土基氧化物忆阻器的研究进展

忆阻器是一种将电荷和磁通量关联起来的电路学基本元器件，在量纲上它与电阻相同，表现为随电压电流变换的非线性电阻变换行为。作为一种新型的非易失性存储器件，忆阻器具有结构简单、存储密度高和能够模拟生物神经突触等特性。因其独特的“记忆特性”，在阻变存储器、人工神经网络和非线性运算电路设计等领域被广泛的研究。其中，稀土基氧化物忆阻器因其更加稳定的性能和多元的应用前景，成为忆阻器研究关注的热门材料。但目前对于稀土氧化物材料，尤其对重稀土元素并没有较为全面的总结和归纳。因此，文章从忆阻器的结构、组成和电阻转换机理进行了论述。以元素为分类标准，系统地梳理从Y元素到Lu元素，国内外每种稀土氧化物以及稀土掺杂氧化物忆阻器在阻变存储器，人工神经网络等方面应用的重点工作。最后，对目前稀土基忆阻器研究遇到的问题和挑战进行了分析，总结了稀土基氧化物忆阻器优缺点，提出了目前可行的方法，并展望了发展趋势和应用潜力。     

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。     

基于H型芴基小分子的双极性有机场效应晶体管存储器

从空间位阻角度出发,设计并合成了H型芴基小分子材料3Ph-TrH,并通过溶液加工方法制备了将其作为电荷捕获层的浮栅型有机场效应晶体管(OFET)存储器.结果表明,该器件的空穴和电子存储窗口分别为31.2和11.6V,实现了基于单个小分子材料的双极性电荷存储.为了提高器件的稳定性,进一步制备了基于3Ph-TrH与聚苯乙烯(PS)掺杂薄膜的浮栅型OFET存储器.测试结果显示,该器件比基于3Ph-TrH作为单组分电荷捕获层的器件具有更高的稳定性和耐受性,在10000s的维持时间测试后,该器件的电流开关比还能维持在1.1×10³.该工作为制备新型双极性电荷存储的OFET存储器提供了一条思路.     

圆偏振发光性质的热活化延迟荧光材料及电致发光器件

具有圆偏振发光性质的热活化延迟荧光(circularly polarized thermally activated delayed fluorescence,CP-TADF)材料,因其在数据存储、生物成像以及3D显示等领域的应用前景,受到学者们的广泛关注。基于此类材料所制备的圆偏振热活化延迟荧光器件展现出优异的器件性能。本文从圆偏振热活化延迟荧光材料的发光机理及分子设计策略出发,依据CP-TADF材料构筑方法的不同,概括了其结构设计策略,系统地综述了各种类型CP-TADF材料的分子结构和光电性能的关系及其在电致发光器件领域的应用,最后探讨了目前CP-TADF材料存在的问题,并展望了其未来发展前景及挑战。     

圆偏振热活化延迟荧光材料及其器件的研究进展

圆偏振热活化延迟荧光材料具有分子结构易修饰、激子利用率高及圆偏振发光等特点,在光学信息存储、3D显示、发光器件和数据加密等领域具有广阔应用前景.利用此类材料作为发光层制备的圆偏振有机发光二极管,能够同时实现高发光不对称因子和理论上达100%的激子利用率,对发展低功耗和高性能有机发光二极管至关重要.近年来,通过不断的分子结构设计与优化,该类材料在有机发光二极管中的电致发光效率不断提高,但是仍然存在不对称因子低及效率滚降严重等问题.基于此,整理了目前已报道的圆偏振热活化延迟荧光化合物,重点讨论了其分子结构设计与光物理性质、圆偏振特性以及电致发光性能的关系规律,并对高性能圆偏振热活化延迟荧光材料的制备及其在有机发光二极管中的应用进行了展望.     

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.     

共价有机框架材料催化剂

共价有机框架材料（covalent organic frameworks, COF）是功能材料领域研究的热点之一。COF具有孔道结构高度有序、孔径可调、比表面积较大、合成方法多样和易于功能化修饰等优点,是一类新兴的多相催化剂。目前,COF催化剂主要设计思路是：基于“自下而上”策略将非金属催化活性中心嵌入材料骨架来构筑本征型COF催化剂,或者以COF为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子构建多相催化剂。鉴于COF以上优势,预计COF催化剂在多相催化和手性催化领域中的应用也将取得更大的进展。本文综述了COF催化剂的合成和功能化策略,并展望了COF在多相催化领域中的应用前景。     

聚合物电存储材料及其双电极型存储器件

随着信息产业的高速发展,传统的存储技术已不能完全满足人们的需求。因此,对聚合物电存储材料与器件的研究应运而生。相对于传统的无机存储材料,基于聚合物的电存储材料与器件具有易加工、低成本、稳定性好、低功耗、可实现三维堆积以及高存储密度等优点,极有可能取代传统的无机半导体器件,显示出广阔的发展前景。本文介绍了聚合物电存储器件的一些基本原理及基本概念,并对存储器件几种主要的作用机制做了归纳; 根据器件的易失性与否,描述了闪存、一次写入多次读取及动态随机存储器件三类存储器件的存储特点,总结了聚合物电双稳材料及其在三类存储器件中应用的研究进展,探讨了这一研究领域需要解决的一些关键问题,最后展望了聚合物电存储材料与器件的研究和发展方向。     

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。     

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。     

抗失水抗结冰水凝胶的研究进展

水凝胶在柔性可穿戴式器件、电子皮肤和软体机器人等领域具有巨大的应用潜力.然而,大部分水凝胶材料仍然面临容易失水变干,在严寒气候下容易冻结失效等挑战,严重限制了水凝胶材料的应用范围和发展前景.近年来,为了解决水凝胶在干旱地域和严寒气候的失效问题,研究人员设计和制备了一系列抗失水抗结冰的水凝胶材料.在本综述里,我们主要从制备策略和应用这两方面归纳并总结了抗失水和抗结冰水凝胶在近些年来的发展情况,着重讨论了表面修饰弹性体的水凝胶、盐凝胶、有机-水双溶剂凝胶以及纳米限域水凝胶各类水凝胶材料的制备原理和研究进展.这些策略极大地改善了水凝胶材料的抗失水性和抗结冰性.基于这些制备方法,介绍了抗失水抗结冰水凝胶在储能器件、柔性可穿戴设备、传感器和集水等领域的应用.最后,我们对这个领域的发展现状进行总结,指出当前所面临的挑战,并讨论了未来可能的发展方向.     

功能性可拉伸有机电子器件的研究进展

可拉伸有机电子器件具有高机械稳定性、优异的电学稳定性、低成本和生物兼容性好等优点,是未来电子器件发展的重要方向.功能性可拉伸有机电子器件更是为可穿戴和可植入设备、智能医疗以及软体机器人等新兴高技术领域提供了新的研究思路.本文综述了近年来功能性可拉伸有机电子器件的研究进展,包括场效应、光电、存储以及传感等有机晶体管,发光二极管、交流电致发光、发光电化学电池等有机光电器件,太阳能电池、超级电容器、纳米发电机等有机能源存储与转换器件,压力、应变、触觉、温度、气体等有机传感器,忆阻器、磁存储、仿突触存储等有机存储器,以及其他集成电路系统元件,最后就功能性可拉伸有机电子器件存在的科学问题与未来的发展方向提出了建议.     

全息高分子材料的正交反应设计

全息高分子材料通常是指基于相干激光技术制备,能够同时存储光波振幅、相位等全部信息的结构有序高分子材料,在裸眼三维显示、增强现实、高端防伪、高密度数据存储等高新技术领域具有重要应用价值.高性能化与多功能化是全息高分子材料的发展方向,正交反应设计提供了有效途径.本文简要介绍正交反应的概念、设计原理及在高分子材料先进制造中的应用,重点论述正交反应设计对于优化全息高分子材料加工工艺、提高折射率调制度和光栅衍射效率、降低雾度、抑制聚合反应引起的体积收缩、增加全息数据存储容量及构筑全息/发光双重图像功能新材料的重要性.为获得高性能多功能全息高分子材料,亟需发展更加丰富的正交反应体系.