物理与材料科学学院葛军博士等在单层氮化硼二维材料忆阻器研究取得进展
二维材料具有超薄原子厚度、宽可调带隙以及高机械灵活性等特性，在凝聚态物理、材料科学和纳米技术领域得到了广泛的关注和研究。六方氮化硼（h-BN）作为一种超薄二维纳米材料，除了具备二维材料共有的结构特点和优异性质，还具有良好绝缘特性，是阻变存储器（ReRAM）MIM结构（金属/绝缘体/金属）中的绝缘层材料合适的候选者。然而，基于超薄h-BN的忆阻器件通常存在工作电流高、不稳定和寿命短等问题，限制了这类忆阻器件在数据存储领域的发展。
本研究开展了基于单层h-BN忆阻器的研究，在忆阻器的顶电极Ag和单层h-BN薄膜之间旋涂一层薄聚合物层（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA），对提高Ag/h-BN/Cu忆阻器的性能起关键作用，如图1（a）所示，不仅可以限制导电细丝的过渡生长，还可以阻止底部铜箔形成多余的导电细丝。图2展示了Ag/PMMA/h-BN/Cu忆阻器稳定的双极型电阻开关、低工作电压（<500mV）、高开/关比（高达105）、长保持时间（>105s）和优异的耐弯折特性，PMMA层的插入使器件的性能得到了显著的提升。此外，通过第一性原理（ab-initio）仿真、导电原子力显微镜（CAFM）观察、变温测试和曲线拟合的方式，验证了该结构忆阻器电荷传输机制：在高阻态时是隧穿传导，在低阻态时金属离子取代晶格空位形成金属导电细丝。本工作所用到的PMMA制备简单且成本低，是提高基于单层二维材料忆阻器性能的一种可行方法。
上述工作以A sub-500 mV monolayer hexagonal boron nitride based memory device为题发表在中国科学院一区TOP期刊《Materials and Design》，葛军博士和黄海鸣博士并列为第一作者，通讯作者是葛军博士和潘书生教授。
图1 Ag/PMMA/h-BN/Cu器件 (a)阻态切换示意图; (b)典型I-V曲线
图2Ag/PMMA/h-BN/Cu器件的(a) 100次循环的I-V曲线; (b) 工作电压范围; (c) 耐久性循环测试的开关电流分布; (d) 数据保持时间; (e) 不同机械应力下的I-V曲线; (f) 1%机械应力下重复弯折的耐久性测试
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127520309023
