基于二维CuCrP2S6的阻变效应研究

作     者：朱汉鹏 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：普勇

授予年度：2023年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：二维铁电材料 CuCrP2S6 铁电二极管 忆阻器 阻变机制 

摘      要：忆阻器作为除电容、电阻和电感外的第四种基本电路元件,它具有高的存储密度、快的切换速度、低功耗等特点,已成为当今学术界的一个研究热点。忆阻器有很多种类,其中铁电忆阻器和细丝型忆阻器被广泛研究。铁电忆阻器具有高集成度和低功耗的优势,细丝型忆阻器也在读写速度和存储密度方面表现出大的潜力。由于存在悬空键和量子隧穿产生地漏电流,基于三维材料的忆阻器在微型化的过程中面临着巨大的挑战。二维材料超薄的原子结构很好地解决了这些问题。CuCrPS是一种新型二维层状铁电半导体材料,它可以在被剥离成少层的状态下,仍保持其原有的性质(如铁电性)。因此,本论文主要致力于CuCrPS在铁电忆阻器和细丝型忆阻器方面的研究,内容如下:(1)基于CuCrPS材料的制备和表征。采用化学气相输运法成功制备高质量的单晶CuCrPS,利用X射线衍射法及能量色散光谱确定单晶的物相、结晶质量以及组成元素。通过机械剥离的方法获得薄层CuCrPS,研究了其厚度依赖的拉曼光谱。压电力显微镜验证了少层CuCrPS的室温面外铁电性。(2)基于器件Au/CuCrPS/Au的铁电二极管研究。我们制备出了CuCrPS垂直结构铁电器件,器件表现出了二极管的整流特性,并且整流方向可以通过改变极化方向来改变。器件的整流方向以及忆阻效应的出现归因于铁电极化的翻转对界面肖特基势垒的调控。我们还对该器件进行了人工突触领域应用的探索。(3)基于器件Ag/CuCrPS/Au的阻变特性研究。我们已经实现用铁电翻转来调控界面处的肖特基势垒,并初步实现了忆阻器功能(开关比为10)。为了提高作为忆阻器的开关比性能,我们对器件进行改良:根据化学离子迁移模型把顶电极更换成活性金属Ag。该器件表现出优异的非易失阻变性能,开关比高达10,与上个器件相比提高了5个数量级。此外,此器件还有优良的保持特性(10s)。我们制备了一组对比实验,排除了材料本身对阻变性能影响的可能性。这为实现高存储密度非易失性忆阻器提供了更广阔的视野。