【摘 要】
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随着信息科技进入大数据时代,飞速发展的物联网、人工智能等新兴科技,急需拥有更快读写速度、更高存储密度、更低功耗和更长数据保存时间的新一代信息存储器件。在各类新型非易失性存储器中,结构简单且与当前主流CMOS制备工艺兼容的电阻随机存储器（RRAM）脱颖而出。而随着折叠屏手机,曲面电视以及可穿戴电子产品的陆续问世,新型柔性RRAM器件成为了新的研究热点。传统全柔性有机RRAM器件具有很好的柔韧性,但器
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随着信息科技进入大数据时代,飞速发展的物联网、人工智能等新兴科技,急需拥有更快读写速度、更高存储密度、更低功耗和更长数据保存时间的新一代信息存储器件。在各类新型非易失性存储器中,结构简单且与当前主流CMOS制备工艺兼容的电阻随机存储器（RRAM）脱颖而出。而随着折叠屏手机,曲面电视以及可穿戴电子产品的陆续问世,新型柔性RRAM器件成为了新的研究热点。传统全柔性有机RRAM器件具有很好的柔韧性,但器件的热稳定性和耐受性远不及传统无机RRAM器件;全无机RRAM器件性能稳定但塑性有限。基于以上原因,我们在柔性mica基片上设计和制备了NiO纳米序构阵列,研究了基于NiO纳米序构阵列的RRAM器件在平直和弯曲状态下的电阻开关特性和物理机制。我们采用单层胶体球自组装模板,结合电化学沉积和磁控溅射方法在覆盖Pt导电层的mica衬底上制备了NiO纳米碗状阵列（nb-NiO）。这种碗状阵列结构不仅增大了电阻翻转层与电极的接触面积,而且使得NiO电阻翻转层厚度在平行衬底的平面内连续周期性变化,使得导电细丝空间分布呈现局域有序性,从而降低了器件翻转电压（＜0.6 V）。随后,系统的对比实验证明电化学活性的Ag电极比惰性的Pt电极更能提高器件高低电阻值比（RH/RL）;在nb-NiO上覆盖一层厚约20 nm的HfO2薄膜不仅能有效降低器件高电阻态漏电流,还显著提高了器件电阻开关性能的稳定性。最优条件制备的Ag/HfO2（20 nm）/nb-NiO/Pt器件不仅在平直状态下表现出优异的电阻开关存储特性,如RH/RL＞10~4;循环耐受性超过1200个周期;数据保存时间超过10~4 s;高低电阻态之间翻转时间小于8.7μs。而且由于纳米碗状阵列结构及时释放了器件弯曲形变产生的拉伸或压缩应力,因此提升了器件的拉伸抗性。在2.5 cm的弯曲半径下,器件在弯曲状态和平直状态之间连续来回变换近500次,器件电阻开关性能无明显退化,显示出良好的柔韧性和耐受性。不同电压范围内I-V回线的线性拟合分析表明,器件电阻开关效应是NiO纳米碗底部区域的氧空位导电细丝通道和电子在HfO2/nb-NiO界面处发生F-N隧穿共同作用的结果。本文研究为设计制备新一代低功耗柔性RRAM器件提供了新的研究思路。
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