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基于PEDOT:PSS材料的阻变存储器的制备与性能研究

王之顺  
【摘要】:随着科技进步,人们对数据处理与存储的要求大幅度增加。阻变存储器很好地兼顾了DRAM和Flash的优点,同时具有非易失性和短小轻薄的特点,是一种应用前景广阔的非易失性存储器。基于有机材料的阻变存储器具有很多优势:成本低廉、工艺简单、易于大面积成膜以及制备可以弯曲的柔性器件等。PEDOT:PSS是一种稳定性好的环境友好型材料,在有机电子学的多个领域都有重要的应用。本文尝试利用磁控溅射技术和旋转涂覆工艺制备四类基于PEDOT:PSS有机薄膜的阻变存储器,并重点探讨了电阻转变机制以及影响存储性能的因素,取得了如下结果: 在Al/PEDOT:PSS/Al体系中观察到高达104的开关比以及在直流模式下超过103次的循环抗疲劳特性, Al/PEDOT:PSS/Al体系的电阻转变是由基于PEDOT氧化还原反应的导电细丝引起的。另外,通过改变限流值的大小可以实现对多个电阻转变参数的有效调节,并最终确定了Al/PEDOT:PSS/Al体系中电阻转变的临界限流值和RESET过程消耗的最小功率值。 通过比较Al/PEDOT:PSS/Al、FTO/PEDOT:PSS/Al和Pt/PEDOT:PSS/Al三类阻变存储体系,分析了底电极种类对阻变存储器的存储性能以及电阻转变种类的影响。 实验中成功发展了一类具有更长数据保持时间(106s)、更好的热稳定性(在25温℃~度16区0℃间内都有电阻转变特性)和小于2V的电压转变阈值的Al/PEDOT:PSS/Cu非易失性阻变存储器。通过TEM和EDX等手段发现纳米级铜导电细丝的存在,确定该器件的阻变机制为Cu导电细丝的氧化还原。综合利用XRD、XPS、DSC、TGA和SEM等技术分析得出Al/PEDOT:PSS/Cu阻变存储体系在180℃温度下电阻转变失效是由Cu上电极表面被氧化所引起的。


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