基于二维材料WS 2 和MoTe 2 的忆阻器特性与物理机制的研究

发布时间：2024-02-03 16:00

　　忆阻器自出现以来就受到了研究人员广泛的关注,有望开启神经形态计算和数据逻辑的新时代。但在忆阻器的发展过程中,在神经仿生、生物医学和可穿戴电子等领域需要器件满足小尺寸、低功耗和柔性等要求,这就对功能层材料提出了新的挑战。而二维材料作为新材料的代表,拥有光学、电子、机械等众多优点,有望解决忆阻器所面临的困扰。因此,本文基于二维材料WS₂和MoTe₂制备了不同结构的忆阻器,研究了其忆阻特性和物理开关机制,详细内容如下:首先,采用WS₂制备了Pd/WS₂/Pt结构的忆阻器,该器件具有良好的稳定性,开关速度为13 ns和14 ns,操作电流低于1μA并且开关能量达到飞焦量级,展现了优异的低功耗特性。此外,该器件还成功的模拟了尖峰时间依赖可塑性和双脉冲易化等生物突触功能。重要的是,本文提出了硫空位和钨空位的产生以及电子在空位之间的跳跃传输是导致器件电导变化的主要物理机制,并且通过密度泛函理论的计算,表明硫空位和钨空位形成的缺陷态处于深能级,可以防止电荷泄漏,因此有利于此器件在低功耗神经形态计算领域的应用。其次,...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 忆阻器的介绍
        1.2.1 忆阻器的背景
        1.2.2 忆阻器的发展历程
        1.2.3 运用于忆阻器的材料
        1.2.4 忆阻器的物理开关机制
        1.2.5 忆阻器在突触仿生领域的应用
    1.3 二维材料的介绍
        1.3.1 二维材料的背景
        1.3.2 二维过渡金属硫族化合物
        1.3.3 二维材料在忆阻器中的应用
        1.3.4 基于二维材料的忆阻器所面临的挑战
    1.4 本论文主要内容介绍
第二章 实验方法
    2.1 设备介绍
        2.1.1 磁控溅射设备
        2.1.2 甩胶机
        2.1.3 器件性能测试所需设备
        2.1.4 器件微结构表征所需设备
    2.2 实验过程
        2.2.1 Pd/WS₂/Pt忆阻器的制备
        2.2.2 Pd/MoTe₂/Pt器件的制备
        2.2.3 Pd/MoTe₂/Pd/PET器件的制备
        2.2.4 Pd/oxide/MoTe₂/Pd/PET器件的制备
第三章 基于二维材料WS₂纳米片的忆阻器在低功耗神经形态计算方面的研究
    3.1 WS₂ 的表征
        3.1.1 WS₂ 纳米片的TEM表征
        3.1.2 WS₂ 薄膜的微结构表征
    3.2 Pd/WS₂/Pt忆阻器的电学性能测试
    3.3 Pd/WS₂/Pt忆阻器的物理开关机制分析
    3.4 WS₂ 中缺陷的第一性原理计算
    3.5 本章总结
第四章 基于二维材料MoTe₂ 的柔性阻变存储器的特性研究
    4.1 MoTe₂ 的微结构表征
    4.2 电学性能测试
        4.2.1 Pd/MoTe₂/Pt器件的测试
        4.2.2 Pd/MoTe₂/Pd/PET器件的测试
    4.3 物理开关机制分析
    4.4 本章总结
第五章 基于二维材料MoTe₂ 的柔性忆阻器在仿生电子器件方面的应用
    5.1 器件的电学性能测试
    5.2 器件物理开关机制的分析
    5.3 本章总结
第六章 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果



本文编号：3894362