【摘 要】
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当前,随着信息和物联网等领域的快速发展,对外界光、温度、热、力等环境信息的探测提出了更高要求。然而,目前对环境信息的探测主要体现在易失性实时感知,随外界信息激励的消失器件快速恢复到初始状态。这样就导致它们只能在有源环境下使用,对于在无源等特殊环境下的应用将受到一定限制。为了进一步改进环境感知器件的实时感知性能,并形成一定的非易失性记忆功能,本文通过对纳米结构材料进行一定的改进,实现兼具快速高灵敏的
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当前,随着信息和物联网等领域的快速发展,对外界光、温度、热、力等环境信息的探测提出了更高要求。然而,目前对环境信息的探测主要体现在易失性实时感知,随外界信息激励的消失器件快速恢复到初始状态。这样就导致它们只能在有源环境下使用,对于在无源等特殊环境下的应用将受到一定限制。为了进一步改进环境感知器件的实时感知性能,并形成一定的非易失性记忆功能,本文通过对纳米结构材料进行一定的改进,实现兼具快速高灵敏的实时感知以及可擦写的非易失性记忆特征的一体化器件。PbS具有较大的激子波尔半径（18nm）和较窄的带隙宽度（0.41e V）,使得表面和体内电子运动易被调制。本实验从PbS一维微/纳米结构的可控化制备着手,对其巨热阻效应、非易失性温度存储、非易失性阻变存储、压阻效应等方面性能进行深入研究,使其能应用于新型环境信息感知及记忆领域,具体结果如下:（1）对不同温度下,单一微/纳米结构器件的电输运特性研究表明:小偏压并在较低温度时,器件呈现低阻态（LRS）;当外加温度大于160℃时,器件阻值明显升高,并且随着温度的升高而持续增大,呈现高阻态（HRS）;当温度继续升至200-220℃左右时,器件阻值达到最大,与初始LRS阻态相比,电阻开关比可达10~5,呈现出巨热阻效应。对器件进行一端加热及整体加热测试,发现器件电流-电压（I-V）曲线两端均表现出一致的线性对称变化,表明器件阻态变化由材料内部体陷阱控制。在外加温度和偏压的协同作用下,可有效调控材料内部不同深度的体陷阱填充与排出,构建了可通过加热写入、外加电压擦除的非易失性多阻态温度记忆器件,且非易失性记忆窗口比值可达10~3。实现了对温度信息兼具高灵敏度的实时感知以及可擦写的非易失性记忆功能;（2）对单根微/纳米结构双端器件的两端进行非对称退火处理,发现在3V循环偏压下,器件表现出显著的双极性电阻开关特性。当读取电压为0.1V,擦写电压为±4V时,器件的记忆窗口比值达到1500;而当读取电压为0.1V,擦写电压为±8V时,器件的记忆窗口比值可达80000,呈现出非易失性巨阻变记忆效应,获得了可通过不同偏压调控的非易失性多比特阻变存储功能器件,并具有优良的记忆窗口值和擦写可靠性;（3）在外加应力作用下,对器件压阻性能进行研究,结果表明:器件在压应变作用下阻值降低,且形变量为1%时电阻开关比达到40;在张应变下,器件阻值升高,且形变量为0.8%时电阻开关比高达4000,呈现出优异的巨压阻效应。实现了兼具优良的响应可靠性和弯曲耐受性的高灵敏度实时应力感知器件。本课题对新型PbS纳米半导体材料的可控化制备、元器件构建、性能调控和应用等方面开展了系统的研究工作,为新一代信息与物联网感知与记忆器件的发展提供了有力的技术支持和推动。
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