Adv. Mater. 南京大學劉俊明課題組研發柔性和透明的氧化物電阻記憶體

Kevin 6年前 (2017-05-08) 7449瀏覽

【引言】

隨著智能可穿戴電子設備的飛速發展，出現了居多的智能可穿戴產品。但是，它們的基底通常是剛性塊狀的，不符合可穿戴設備質輕柔性的理念。近年來，柔性、微型化和智能可穿戴氧化物薄膜和器件的發展成為了研究熱點，而柔性器件的研究對新一代智能可穿戴器件的發展至關重要。在實際應用中，扭曲或偶然切斷等情況下，柔性器件的綜合機械和電學性能會大幅度下降。如何快速有效地解決這一問題仍然是一個挑戰。然而柔性和透明的氧化物電阻記憶體具有優異的壓電、介電和多鐵性能，被廣泛應用在多層陶瓷電容器中，包括手機等在內的無限通信設備。在智能可佩戴裝置和柔性顯示屏中的應用前景良好。

【成果簡介】

近日，南京大學物理系劉俊明教授（通訊作者）課題組在Adv. Mater.上發表了一篇題為 “Flexible, Semitransparent, and Inorganic Resistive Memory based on BaTi0.95Co0.05O3 Film” 的文章。該研究團隊通過Si或SrTiO3硬質基片制備了BaTi0.95Co0.05O3薄膜，并證實了具有優越的阻變性能。并采用耐高溫、抗氧化的的云母基片（100 nm厚度云母基片的彎曲半徑在0.1 mm以下）制備了mica/SrRuO3/ BaTi0.95Co0.05O3/Au阻變存儲單元，獲得柔性彎曲和半透明的氧化物阻變存儲器。實驗表明：樣品具有優越的綜合阻變性能：高/低電阻比例超過50倍、信息讀寫次數超過36萬次、能夠在室溫至180℃環境下正常工作、經過500℃退火后器件能夠恢復如初等。更重要的是，該樣品具有優越的抗彎曲性能和半透明的特征，在1.4 mm彎曲半徑下樣品能夠保持原始平整樣品一致的阻變性質，在3 mm半徑下彎曲1萬次之后樣品毫發無損，阻變性質沒有明變化。此類材料可以為設計和開發新的多功能記憶體提供重要借鑒意義。

【圖文導讀】

圖1 云母/SRO/BTCO的XRD、AFM、透過率及彎曲的光學照片

?（a）云母/SRO/BTCO的XRD圖；

（b）云母/SRO/BTCO的AFM表面形態；

（c）云母底物和云母/SRO/BTCO樣品的透明度；

（d）彎曲的云母/SRO/BTCO光學照片；

（e）云母/SRO/BTCO的透光圖。

圖2 云母/SRO/BTCO/Au存儲器的光學圖像、I-V曲線、RHRS和RLRS、電阻變化示意圖

（a）云母/SRO/BTCO/Au存儲器的光學圖像，其中去除右下角的BTCO膜以暴露底部電極；

（b）扁平樣品的I-V曲線，其中誤差棒呈現芯片到芯片變化的標準偏差；

（c）RHRS和RLRS對保留時間（紅色曲線）和寫入/擦除周期（黑色菱形）的依賴性；

（d）記憶單元從HRS設置到LRS，然后將其頂部電極切成兩部分時，電阻變化，其中插圖的示意圖顯示具有導電細絲的細胞的橫截面。

圖3 云母/SRO/BTCO/Au電池、AFM、I-V曲線、彎曲條件下的對應力、應變、角頻率對NFHs電導率、機械性能的影響和RHRS、RLRS及循環次數

（a）如何在原位測量彎曲云母/SRO/BTCO/Au電池的示意圖，以及如何用機械設備反復彎曲細胞；

（b）云母/SRO/BTCO的AFM表面形態彎曲到1.4mm半徑之前；

（c）原始電池的I-V曲線，彎曲半徑為2.2mm的電池和彎曲至3mm半徑的電池10000次；

（d）RHRS和RLRS對于具有2.2mm彎曲半徑的電池的保留時間和寫入/擦除周期，并且電池分別彎曲到3mm的半徑10000次。

圖4 云母/SRO/BTCO/Au的綜合性能的表征示意圖

（a）云母/SRO/BTCO/Au在光照下的I-V曲線；

（b）RHRS和RLRS對保留時間和寫入/擦除周期；

（c）在25-180℃下或在500℃下退火后的I-V曲線；

（d）RHRS和RLRS依賴于具有2.2mm彎曲半徑的云母/SRO/BTCO/Au存儲器件的溫度。

【小結】

該研究團隊提出耐高溫、抗氧化的二維材料，利用100納米厚度云母基片的彎曲半徑可以在0.1毫米以下的特性制備出具有優越的綜合阻變性質：高/低電阻比例超過50倍、信息讀寫次數超過36萬次、能夠在室溫至180度環境下正常工作、經過500度退火后器件能夠恢復如初等等的記憶體。更重要的是，該樣品具有優越的抗彎曲性能和半透明的特征，在1.4mm彎曲半徑下樣品能夠保持原始平整樣品一致的阻變性質，在3mm半徑下彎曲1萬次之后樣品毫發無損，阻變性質沒有明顯變化。該記憶體有望廣泛用于未來靈活的壓力傳感器，組織工程，生物制劑和人造皮膚。

文獻鏈接：Flexible, Semitransparent, and Inorganic Resistive Memory based on BaTi0.95Co0.05O3 Film（Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201700425）

本文由材料人編輯部納米材料學術組汪李超供稿，材料牛編輯整理。歡迎加入材料人編輯部金屬材料學術交流群（228686798）！

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！

標簽：
分享到