碳基電路中的納米尺度阻式存儲穩定實現及物理機制

《碳基電路中的納米尺度阻式存儲穩定實現及物理機制》是依託復旦大學，由周鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳基電路中的納米尺度阻式存儲穩定實現及物理機制
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周鵬

項目摘要

在碳基電路中利用石墨烯製備高性能納米電子器件已經成為超越Si工藝關鍵可能的技術之一。突破零帶隙限制和平面溝道形成工藝後，石墨烯電晶體的研發使全碳電路邏輯模組快速發展。然而，在電路中具有相當重要地位的存儲器卻仍然在全碳電路研究中尚未引起應有的關注。本項目擬將阻式存儲技術套用於納米尺度碳基電路中，特別是利用電子束光刻技術將石墨烯氧化物基阻式存儲器件在納米量級上穩定實現是比較創新的研究思路。同時還將利用低溫（～4.2K）電學測試系統研究其阻變行為根本物理機制，研究電阻開關行為中的載流子輸運機理，利用透射電子顯微技術結合掃描探針技術進行實時原位檢測以獲得直接物理證據。本項目還將拓展研究氧化物吸附層功能團對其電學特性的調製作用以及嘗試磁場下電阻行為變化與電致阻值變化結合在一起的全新多物理參數調製的多態存儲器件。本項目的成功實施將在碳基電路發展中具有重要的源頭創新意義。

結題摘要

本項目針對碳基電路中的存儲技術特別是阻式存儲技術進行了細緻研究，獲得了基於氧化石墨烯的阻式存儲器件、最佳化性能及相關機理。研究發現，在石墨烯氧化物中的SET和RESET速度的不對稱性，提出了電場調製的氧空位擴散勢壘高度調製模型，首次提供了石墨烯氧化物阻變存儲的氧空位擴散物理證據。利用低溫電學測試系統研究其阻變行為根本物理機制。同時，對由石墨烯氧化物經還原後化學製備的少數層石墨烯體系進行無損表征並利用洛倫茲振子計算其內部電子缺陷結構與分布，成功獲得其層數及缺陷引起的帶內躍遷精細能級結構。並在此基礎上獲得了能帶可調控的還原石墨烯氧化物，對氧化石墨烯材料的還原過程的控制可以調控其帶隙，進而能夠對石墨烯物理特性進行人工裁剪，在不同光譜區實現不同的光學吸收和超快光學回響等特性。創新性地提出了基於橢圓偏振光譜術的快速無損測量石墨烯帶隙的方法，為石墨烯在電子器件領域的套用提供了解決方案。同時針對石墨烯納米帶進行了輸運特性計算，提出了系列石墨烯基新器件概念。本項目進行期間在Carbon、Applied Physics Letters、Scientific Reports等國際主要學術期刊上已發表SCI論文18篇，EI論文1篇，申請專利8項，其中授權一項。