存儲器是現代信息技術的核心和基石。開(kāi)發(fā)基于新結構、新原理和新材料的新型存儲器，對(duì)信息技術的發(fā)展至關重要。阻變存儲器(RRAM)是一種(zhǒng)新興的信息技術，其工作核心是通過(guò)器件電阻狀态的精準調控實現信息的編碼與存儲，具有結構簡單、器件單元尺寸小、與CMOS工藝兼容、可與處理器在同一芯片上實現大規模三維集成(chéng)等優點。研究人員緻力于通過(guò)阻變介質中人工納米結構的可控構建,研究電場、光照、磁場與介質中形成(chéng)的人工納米結構的相互作用和新奇物理現象，探索實現阻變存儲器集成(chéng)化、多值化、功能(néng)化以及柔性化等的有效途徑，從而推動信息技術發(fā)展過(guò)程中所面(miàn)臨的摩爾定律極限以及馮諾依曼瓶頸等問題的解決。
探索高性能(néng)存儲器
發(fā)展多值存儲是提高存儲容量、簡化存儲器芯片結構的重要技術手段之一。阻變存儲器主要利用電場作用下金屬離子或氧空位的形成(chéng)、遷移以及氧化還(hái)原等一系列熱力學(xué)和動力學(xué)過(guò)程在電極/介質/電極三明治結構中形成(chéng)導電通道(dào)進(jìn)行存儲。研究人員通過(guò)深入分析其工作機制，建立了“倒三角”金屬導電通道(dào)阻變模型。在此基礎上,通過(guò)外加電場精确控制金屬離子遷移，在固體介質中構建原子尺度的納米點接觸結構，獲得了實現量子電導效應和多值存儲特性的新方法。
此外，研究人員發(fā)展了一種(zhǒng)利用電場驅動的氧離子輸運行爲在五氧化二釩(V2O5)薄膜中構建垂直分布的準一維VO2納米通道(dào)的新方法。基于該方法制備的準一維通道(dào)具有可靠的金屬——絕緣體轉變和易失性開(kāi)關特性，可用作高性能(néng)選通器，以避免相鄰RRAM器件間的漏電和串擾問題。
相關工作作爲封面(miàn)論文發(fā)表在Adv.Mater.、ACS Nano、Adv.Electron.Mater.等期刊。
拓展基于離子輸運的多功能(néng)器件
阻變存儲器中納米導電通道(dào)、納米異質結、納米磁疇等人工納米結構的内嵌往往會帶來器件能(néng)帶結構的變化，進(jìn)而産生諸如光電調控、磁電調控等新奇的物理效應。例如，研究人員通過(guò)光照和電場可逆地改變光敏介質氧化铈(CeO2-x)作爲功能(néng)層的阻變器件的能(néng)帶結構和電輸運特性，利用電場可擦除的可持續光電導效應開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)集成(chéng)了光信息的解碼、運算與存儲功能(néng)的多功能(néng)阻變器件，有效地降低了集成(chéng)電路的複雜性，有望爲應對(duì)大數據時代海量信息的挑戰提供解決方案。
研究人員還(hái)提出了在納米尺度下通過(guò)電場誘導離子輸運調控磁性氧化物材料磁性的新思路，并在CoFe2-xO4和LiFe5O8-x薄膜中實現了磁化方向(xiàng)的非易失性可逆翻轉，爲高效自旋電子器件(如低能(néng)耗、高密度電寫磁讀存儲器)的研究提供了一種(zhǒng)新途徑。
相關工作作爲封面(miàn)論文發(fā)表在Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Electron. Mater.等期刊，并被(bèi)Materials View China高亮報道(dào)。
發(fā)展柔性阻變存儲器
随著(zhe)物聯網技術與可穿戴設備的發(fā)展，柔性電子器件引起(qǐ)了人們越來越多的關注。RRAM器件結構簡單、阻變介質選擇多樣(yàng)，爲存儲器的柔性化提供了巨大的潛力。在無機材料方面(miàn)，研究人員自主開(kāi)發(fā)生長(cháng)了具有特殊結構——非晶包裹納米晶顆粒的HfO2薄膜，并制備全氧化物ITO/HfOx/ITO夾層結構的器件，具有優異的熱穩定和機械柔韌性，顯示出高度靈活的電子應用的巨大潛力。在有機材料方面(miàn)，我們率先提出了通過(guò)電場誘導電荷轉移、控制有機離子的遷移與摻雜以及含氧基團的吸附和脫附等方法，在有機材料可控構建導電通道(dào)、從而獲得阻變效應的思路。
例如，率先開(kāi)發(fā)了氧化石墨阻變材料,實現了阻變電壓小于1V、開(kāi)關比大于
、保持時間長(cháng)于
等關鍵性能(néng)指标；開(kāi)發(fā)了具有穩定的多态阻變效應、自整流效應以及優異的抗疲勞性的聚西佛堿——對(duì)甲苯磺酸(PA-TsOH)體系等；不僅如此，研究人員進(jìn)一步地提出了采用有機——無機雜化材料作爲阻變介質，以兼顧存儲性能(néng)、機械性能(néng)和熱穩定性能(néng)的思路， 在國(guó)際上首次實現了基于金屬有機框架(MOF)材料的阻變存儲器件的全 固态化、薄膜化與柔性化。爲探索柔性存儲器乃至可穿戴電子設備提供了新思路。
相關工作作爲封面(miàn)論文發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater.、 Mater. Horizons等期刊。
（磁材事(shì)業部 劉鋼 陳斌 伊曉輝 高雙 李潤偉）
