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    我国学者在可耐受超高温存储研究方面取得重要进展

    日期 2018-03-09   来源:信息科学部   作者:孙玲 潘庆  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:61625402、61574076、11474147、11374142)等资助下,南京大学物理学院缪峰教授课题组与南京大学现代工程与应用科学学院王鹏教授、马萨诸塞大学杨建华教授合作,在可耐受超高温存储研究方面取得重要进展。研究成果以Robust memristors based on layered two-dimensional materials(基于层状二维材料的高鲁棒性忆阻器)为题于2018年2月5日在Nature Electronics(《自然·电子学》)上发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41928-018-0021-4

      忆阻器(Memristor)是一种基于“记忆”外加电压或电流历史而动态改变其内部电阻状态的多阻态电阻开关,具有超高的擦写次数、极快的擦写速度、非常小的尺寸和良好的CMOS兼容性,被视为实现未来存储和类脑计算(神经形态计算)的有效技术途径之一。然而,基于传统氧化物材料的忆阻器存在高温和承受压力等恶劣环境下的器件失效问题,无法满足航空航天、军事、石油和天然气勘探等应用需求。因此,寻找新材料和新结构来提升忆阻器在恶劣环境下工作的可靠性是一个重要挑战。

      缪峰教授课题组与合作团队利用二维层状硫氧化钼(MoS2-xOx)、石墨烯构成三明治结构的范德华异质结,实现了基于全二维材料的、可耐受超高温和强应力的高鲁棒性忆阻器(图1)。该研究通过制备硫氧化钼和石墨烯薄膜样品,利用二维材料定向转移工艺实现了具有原子级平整度界面的石墨烯-硫氧化钼-石墨烯堆叠的范德华异质结(图a)。测试结果显示这种基于全二维材料的异质结具有很好的非挥发性,并能够实现非常稳定的开关:擦写速度小于100 ns ,可擦写次数超过千万次(图b)。此外,该结构的忆阻器能够在高达340℃的温度下稳定工作,并且保持良好的开关性能(图c,图d),创下了忆阻器工作温度的新记录(此前发表的最高记录为200℃)。置于柔性衬底聚酰亚胺上,在大于0.6%的形变应力下伸曲1200次之后,该忆阻器同样能够稳定工作。

      该项研究工作为推动忆阻器在高温电子器件和相关技术领域的应用迈出重要一步。同时,研究工作展示了二维层状材料异质结构可以结合不同二维材料的优异性质,对极端环境下电子元件的设计与研究有着重要的参考价值,为解决其它领域电子器件技术挑战提供了一种可能的通用途径。

     

    图1 基于二维材料的耐高温忆阻器:(a)器件结构示意图;(b)器件在脉冲电压操作下2x107次的稳定开关表现;(c)器件在20~340℃温度范围内的开关曲线;(d)器件分别在100℃、200℃和300℃高温下的1000次稳定开关表现。

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