基于二维材料的忆阻器器件物理与应用基础研究

发布时间：2020-12-05 15:45

　　忆阻器,是一种可以基于对其施加电压和电流而保留内部电阻状态的电阻开关,在拥有巨大应用前景的同时,其在从科研转向研发的关键阶段也面临着诸多挑战。利用二维材料原子级的厚度以及在电学、光学、热学、机械等方面的优异性能,和相关异质结构的丰富的物理内涵和调控方式,将可能为忆阻器在新材料的运用、器件结构的改进、性能优化等方面实现突破提供重要的机遇。本文将研究石墨烯（graphene）、二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）和二硒化钨（WSe2）等二维材料在忆阻器及其相关电子器件中的应用,并通过透射电子显微镜表征和理论分析等手段研究这些器件的工作机制。首先我们简要介绍了忆阻器的研究历史、工作机制、优异特性以及它所面临的挑战,并对二维材料以及其异质结构进行了介绍。之后我们探讨了二维材料在忆阻器中的应用前景和研究现状。第二章中我们使用石墨烯作为底电极制备了具有超低开关功率的忆阻器。通过与具有类似结构的Pt金属电极忆阻器进行对比,我们发现石墨烯电极能够使忆阻器的开关功率降低约600倍,并且能够很好地保留住TiOx基忆阻器原有的优秀开关性能。结合实验结果与理论拟合分析,我们发现该忆阻器所具有的超低功率来源... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：164 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２四种基本元件（电阻器、电容器、电感器和忆阻器）之间的关系图

ｗ?ｗ??图１．２四种基本元件（电阻器、电容器、电感器和忆阻器）之间的关系图。??２００８年，美国惠普实验室的研究人员首次将忆阻器理论与实验结果联系了??起来，报道了首个能工作的忆阻器，并在《自然》期刊上发表了他们的工作［４］。??在这项工作中，他们基于氧化钛制备了拥有金属／氧化物／金属的三明治结构的两??端器件，并在实验上对其电学性质进行了测量。通过对测量到的器件“８”字形??的伏安特性曲线（图１．３）以及忆阻器的理论和定义进行分析比对，他们最终确??定了这种能够被外界可控的操作电压和操作电流改变其自身电阻大小的器件就??是忆阻器??Ｉ?｜?１?１?Ｉ?＇??４－网?Ｊ??Ｔｉ０２?／｛??ｌ：ｙ?＾?＂??１－??－４?－?Ｖ?－??，?｜?，??

针对电场和焦耳热在忆阻器开关过程中所占比重的大小，我们可大致将忆阻器分??为以下四类：双极性非线性器件、双极性线性器件、无极性器件和阈值开关器件，??四种类型器件的示意图如图１．５所示。带电荷的原子（离子）会在电场中受力，??并在平行于电场的方向上发生移动，因此施加在忆阻器顶电极和底电极之间的电??压能够使绝缘体层中的离子在垂直于电极平面的方向上发生移动，从而产生双极??性幵关现象（正电压打开负电压关闭或负电压打开正电压关闭）。由焦耳热产生??的高温能够极大地增强原子的移动和渗透能力。具体原因如下：由于绝缘体层中??６??


本文编号：2899696