Adv. Mater. 南京大学刘俊明课题组研发柔性和透明的氧化物电阻记忆体

Kevin 7年前 (2017-05-08) 8003浏览

【引言】

随着智能可穿戴电子设备的飞速发展，出现了居多的智能可穿戴产品。但是，它们的基底通常是刚性块状的，不符合可穿戴设备质轻柔性的理念。近年来，柔性、微型化和智能可穿戴氧化物薄膜和器件的发展成为了研究热点，而柔性器件的研究对新一代智能可穿戴器件的发展至关重要。在实际应用中，扭曲或偶然切断等情况下，柔性器件的综合机械和电学性能会大幅度下降。如何快速有效地解决这一问题仍然是一个挑战。然而柔性和透明的氧化物电阻记忆体具有优异的压电、介电和多铁性能，被广泛应用在多层陶瓷电容器中，包括手机等在内的无限通信设备。在智能可佩戴装置和柔性显示屏中的应用前景良好。

【成果简介】

近日，南京大学物理系刘俊明教授（通讯作者）课题组在Adv. Mater.上发表了一篇题为 “Flexible, Semitransparent, and Inorganic Resistive Memory based on BaTi0.95Co0.05O3 Film” 的文章。该研究团队通过Si或SrTiO3硬质基片制备了BaTi0.95Co0.05O3薄膜，并证实了具有优越的阻变性能。并采用耐高温、抗氧化的的云母基片（100 nm厚度云母基片的弯曲半径在0.1 mm以下）制备了mica/SrRuO3/ BaTi0.95Co0.05O3/Au阻变存储单元，获得柔性弯曲和半透明的氧化物阻变存储器。实验表明：样品具有优越的综合阻变性能：高/低电阻比例超过50倍、信息读写次数超过36万次、能够在室温至180℃环境下正常工作、经过500℃退火后器件能够恢复如初等。更重要的是，该样品具有优越的抗弯曲性能和半透明的特征，在1.4 mm弯曲半径下样品能够保持原始平整样品一致的阻变性质，在3 mm半径下弯曲1万次之后样品毫发无损，阻变性质没有明变化。此类材料可以为设计和开发新的多功能记忆体提供重要借鉴意义。

【图文导读】

图1 云母/SRO/BTCO的XRD、AFM、透过率及弯曲的光学照片

 （a）云母/SRO/BTCO的XRD图；

（b）云母/SRO/BTCO的AFM表面形态；

（c）云母底物和云母/SRO/BTCO样品的透明度；

（d）弯曲的云母/SRO/BTCO光学照片；

（e）云母/SRO/BTCO的透光图。

图2 云母/SRO/BTCO/Au存储器的光学图像、I-V曲线、RHRS和RLRS、电阻变化示意图

（a）云母/SRO/BTCO/Au存储器的光学图像，其中去除右下角的BTCO膜以暴露底部电极；

（b）扁平样品的I-V曲线，其中误差棒呈现芯片到芯片变化的标准偏差；

（c）RHRS和RLRS对保留时间（红色曲线）和写入/擦除周期（黑色菱形）的依赖性；

（d）记忆单元从HRS设置到LRS，然后将其顶部电极切成两部分时，电阻变化，其中插图的示意图显示具有导电细丝的细胞的横截面。

图3 云母/SRO/BTCO/Au电池、AFM、I-V曲线、弯曲条件下的对应力、应变、角频率对NFHs电导率、机械性能的影响和RHRS、RLRS及循环次数

（a）如何在原位测量弯曲云母/SRO/BTCO/Au电池的示意图，以及如何用机械设备反复弯曲细胞；

（b）云母/SRO/BTCO的AFM表面形态弯曲到1.4mm半径之前；

（c）原始电池的I-V曲线，弯曲半径为2.2mm的电池和弯曲至3mm半径的电池10000次；

（d）RHRS和RLRS对于具有2.2mm弯曲半径的电池的保留时间和写入/擦除周期，并且电池分别弯曲到3mm的半径10000次。

图4 云母/SRO/BTCO/Au的综合性能的表征示意图

（a）云母/SRO/BTCO/Au在光照下的I-V曲线；

（b）RHRS和RLRS对保留时间和写入/擦除周期；

（c）在25-180℃下或在500℃下退火后的I-V曲线；

（d）RHRS和RLRS依赖于具有2.2mm弯曲半径的云母/SRO/BTCO/Au存储器件的温度。

【小结】

该研究团队提出耐高温、抗氧化的二维材料，利用100纳米厚度云母基片的弯曲半径可以在0.1毫米以下的特性制备出具有优越的综合阻变性质：高/低电阻比例超过50倍、信息读写次数超过36万次、能够在室温至180度环境下正常工作、经过500度退火后器件能够恢复如初等等的记忆体。更重要的是，该样品具有优越的抗弯曲性能和半透明的特征，在1.4mm弯曲半径下样品能够保持原始平整样品一致的阻变性质，在3mm半径下弯曲1万次之后样品毫发无损，阻变性质没有明显变化。该记忆体有望广泛用于未来灵活的压力传感器，组织工程，生物制剂和人造皮肤。

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

本文由材料人编辑部纳米材料学术组汪李超供稿，材料牛编辑整理。欢迎加入材料人编辑部金属材料学术交流群（228686798）！

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