基于天然介质材料的柔性瞬态忆阻器的制备与性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:swordhero
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瞬态电子器件是指可在完成特定功能后,其形态、功能或存储的信息可被快速销毁的一类新型电子器件。瞬态电子器件在解决电子器件垃圾污染和涉密信息的存储方面有重要的应用价值。此外,利用无毒无害,生物安全的材料制备的瞬态电子器件可在人体植入电子设备、可穿戴电子设备领域发挥重要的作用。忆阻器作为一种信息存储装置,具有结构简单、制造成本低、存储密度大、能耗低、可重复读写、读写速度快等优势,具有作为下一代信息存储器件的潜力。本论文将瞬态电子的概念与忆阻器相结合,利用聚乙烯醇这一人工合成的无毒高分子材料做衬底,果胶、丝素蛋白等天然生物材料作为介质层,金属银作为电极材料制备了一种柔性瞬态忆阻器。这一忆阻器具有良好的瞬态性能,可在水溶液中被快速销毁。同时,和其他同类型忆阻器相比,该忆阻器具有较高的开关比和较低的工作电压。最后,本论文对忆阻器的阻变机理进行了模拟、分析和讨论。实验表明,本论文中的PVA衬底薄膜具有良好的自支持能力、柔性、水溶、透明度和表面平整性,表面微观起伏高度不超过±3 nm,适于在其表面进一步构建忆阻器的其他结构。并且,所制备的PVA衬底薄膜具有良好的热稳定性,在升温到70°C时,损失的质量不超过其本身质量的1%,可避免器件工作时发热所带来的的不利影响。此外,衬底材料在水溶液中的溶解速度与其厚度大致呈现线性关系。这意味着可通过调节衬底厚度,来控制该瞬态忆阻器的销毁速度。电学测试结果显示本论文中所制备的忆阻器具有优异的性能。以果胶作为介质层的忆阻器的开关比可达到108,工作电压仅为1 V,丝素蛋白为介质层的忆阻器开关比为104,工作电压为1.4 V。这表明本论文中所制备的忆阻器功耗低,防误读效果极佳。此外,本论文通过扫描电子显微镜和模拟计算分析得出果胶忆阻器阻变机制为导电细丝机制,并且在银离子进入果胶分子中时,主要通过与分子中羧基的C=O相互吸引实现迁移,外加电场可以促进迁移的过程,但不会对迁移路径产生明显影响。综上所述,本论文所制备的瞬态忆阻器具有优良且可控的瞬态行为,以及优异的器件性能,在涉密信息存储,可穿戴、可植入电子设备等领域有潜在的应用价值。
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