海藻酸钠/黑磷量子点复合薄膜基忆阻器构筑及其神经突触仿生研究

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忆阻器由于其阻变行为的不同,可以分为数字型忆阻器和模拟型忆阻器,分别应用于阻变式随机存储器和神经突触器件仿生等方面。其中,阻变式随机存储器(RRAM),由于其结构简单,速度快,低功耗等优点,被认为可以取代闪存成为下一代新型非易失存储器。同时,模拟型忆阻器因其电阻能够连续可调,与神经突触传输特性高度相似,被视为是模拟神经突触最具潜力的器件之一。海藻酸钠(SA)作为一种天然多糖,由于其自身的可溶性,稳定性,无毒性,可作为构建柔性电子器件的理想材料。我们在海藻酸钠材料制备忆阻器件的基础之上,将二维黑磷量子点(BPQDs)掺杂在SA中,通过调节材料中黑磷量子点的占比,对数字型忆阻器件的阻变参数进行了调控,并实现了器件从数字型忆阻器向模拟型忆阻器的转变。此外,我们利用BPQDs对紫外光良好的响应特点,通过紫外光辐射调控其在RRAM以及神经突触仿生等方面的性能,实现了光电突触功能的模拟。具体工作如下:1.海藻酸钠基忆阻器数字型阻变特性研究:首先,本文构筑了Ag/SA-BPQDs/ITO器件,通过相关的电学测试以及对其阻变机制的研究得出:调节器件中黑磷量子点的占比,可以实现对器件RRAM功能的调控,证实了当海藻酸钠中所掺杂的量子点的质量分数在10%以下时,器件可以实现良好的存储功能,且在掺杂量子点质量分数为8%时器件的开启电压最低,器件具有最好的波动性。并且通过调节限制电流的大小,在该器件中实现了多级阻态的转变行为。此外,利用BPQDs良好的荧光特性,通过调节紫外光照射器件的时间,进一步实现了对器件转变电压与电阻态的调控,将器件的阻变行为拓展到了光电功能的领域。2.海藻酸钠基忆阻器模拟型阻变特性研究:首先,我们通过增大海藻酸钠中量子点的占比,构筑了量子点质量分数为15%与20%的Ag/SA-BPQDs/ITO器件,从而实现了忆阻器件从高低阻切换向电阻连续可调的变化。其次,在构建了Ag/SA-BPQDs/ITO模拟型器件的基础之上,成功实现了如放电时间依赖可塑性(STDP)等生物突触可塑性的模拟。此外,利用紫外光照调控该器件忆阻行为:光照后器件在突触功能模拟时对电流的响应更为敏感。最后,我们基于柔性衬底构筑了可弯折的Ag/SA-BPQDs/ITO模拟型器件,通过相关测试证实了器件在经历多次及大角度弯折后仍具有良好的忆阻性能。
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