【摘 要】
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随着物联网的不断发展,数据吞吐量急剧增加,系统对存储器性能的要求日益提高。基于低维功能材料的纳米器件可极大地缩小器件尺寸,进而提升存储密度。二维材料不仅在纵向上具有原子级尺寸,且具备良好的光电子特性,因此有望实现这一愿景。为探究新型二维材料在存储器件方面的应用潜力,本文从材料生长和器件制备两方面入手,开展了以下工作:1.通过物理气相沉积（Physical Vapour Deposition,PVD
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随着物联网的不断发展,数据吞吐量急剧增加,系统对存储器性能的要求日益提高。基于低维功能材料的纳米器件可极大地缩小器件尺寸,进而提升存储密度。二维材料不仅在纵向上具有原子级尺寸,且具备良好的光电子特性,因此有望实现这一愿景。为探究新型二维材料在存储器件方面的应用潜力,本文从材料生长和器件制备两方面入手,开展了以下工作:1.通过物理气相沉积（Physical Vapour Deposition,PVD）手段,实现了IV-VI族层状二维SnSe纳米片的可控生长,发现生长温度、保温时间和载气流量是影响纳米片尺寸和厚度的重要参数。通过调节上述参数,获得的高质量SnSe纳米片最大尺寸可达16μm、典型厚度约5 nm。并探究了其大气氧化过程:在大气环境下放置1天后,纵向尺寸大于典型厚度的纳米片上形成了一层约2.7 nm的SnO2氧化层,为实现基于导电细丝机制的阻变存储器奠定了材料基础。2.通过无损转移,制备了基于二维SnSe纳米片的垂直十字交叉阻变存储器件。通过对比存储器关键指标（开关比、操作电压、保持时间以及循环性能）,发现经1天氧化的SnSe纳米片表现出最佳存储性能。该无极性阻变器件的置位电压约为1.5～2 V,复位电压约1～1.5 V,高、低阻态开关比可达三个数量级,保持时间超过10~4 s,循环性能超过100次。3.对不同氧化程度的SnSe器件表现出的存储特性进行了分析,阐述了对应的阻变机制。基于性能最优的SnSe器件,构筑了导电细丝的形成和断裂模型,较好地描述了限制电流增大导致高阻态（High Resistance State,HRS）电流增加,以及器件尺寸增大引起低阻态（Low Resistance State,LRS）电阻微弱降低的现象。进一步地,对器件的温度稳定性进行了测试,并对HRS电阻的半导体性质进行了拟合,其斜率Φ与SnO2中氧空位的热激活能相符,说明在自然氧化的SnO2层中存在氧空位,并参与HRS导电。
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