基于有机—无机杂化钙钛矿的阻变存储器的制备和性能研究

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随着信息技术的飞速发展,人们对信息存储的要求越来越高。传统的硅基存储器由于成本高、制作工艺复杂、存储密度低等缺点,已不能满足人们对于信息存储的要求,因此开发新型存储材料及器件来替代传统硅基半导体存储技术已成为电子工业面临的急需解决的问题。有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有高迁移率、长载流子扩散长度等优势,可以作为存储介质,能够通过溶液法低温大面积制备,慢慢引起了人们的注意。但是有机-无机杂化钙钛矿材料在潮湿环境中容易溶解和降解,阻碍了该材料作为存储介质的阻变存储器的进一步应用。因此通过简单方便的方法制备出长期环境稳定性的高性能阻变存储器依然是一项重要的挑战。本文通过在有机-无机杂化钙钛矿体系中分别引入聚乙烯胺碘酸盐(PVAm·HI)和辛二胺碘酸盐,分别通过调控钙钛矿的结晶性和钙钛矿薄膜的形貌以及改变钙钛矿的结构,从而得到环境稳定性优异的高性能阻变存储器。本课题具体内容如下:(1)首先制备PVAm·HI,在有机胺(MAI和PVAm·HI)与PbI2摩尔浓度相同且都是1.25 M的条件下,PVAm·HI占有机胺0%、1%、2%、4%、10%、20%、50%的摩尔比混合,通过一步溶液法制备钙钛矿薄膜作为活性层,制备Al/CH3NH3PbI3+PVAm·HI/ITO阻变存储器,并对存储器的电性能和长期稳定性进行测试分析。PVAm·HI占0%的阻变存储器的ON/OFF比约为103,引入PVAm·HI后随着PVAm·HI含量的增加,阻变存储器的ON/OFF比先增大后减小。其中,PVAm·HI占4%时ON/OFF比可达2×105,104 s时间内,ON态和OFF态电流基本保持不变,100个脉冲循环内可以重复擦写且保持稳定,器件良率良好。在室温及大气环境中,未封装的不含PVAm·HI的阻变存储器在3天后没有开关性能,而含有PVAm·HI的阻变存储器的ON/OFF比在60天之内几乎没有发生明显的变化,其中,PVAm·HI占4%时效果最明显,稳定性最好。通过拟合PVAm·HI占4%时器件的I-V曲线,表明HRS(高阻态)符合SCLC(空间电荷限制电流)机理,LRS(低阻态)符合欧姆定律。(2)制备二维、准二维钙钛矿和三维钙钛矿材料BA2MAn-1Pbn I3n+1(n=1、2、3、4、∞),在C(Pb2+)=1.8 M条件下,使用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解制得的钙钛矿材料配制钙钛矿前驱体溶液,通过溶液法制备钙钛矿薄膜作为活性层,制备了ITO/BA2MAn-1PbnI3n+1/Al器件,随着n由1增大到∞,即活性层材料由二维变为三维,器件ON/OFF比逐渐减小。其中,n=1时即二维钙钛矿材料BA2Pb1I4作为活性层时,ON/OFF态电流比4×104,104 s时间内,ON态和OFF态电流基本保持不变,100个脉冲循环内可以重复擦写且保持稳定,器件良率良好。在室温及大气环境中,未封装的三维钙钛矿材料CH3NH3PbI3作为活性层的阻变存储器在3天后没有开关性能,而二维或准二维钙钛矿材料作为活性层的阻变存储器的ON/OFF比在60天之内几乎没有发生明显的变化。
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