有机-无机钙钛矿基阻变存储器件的循环寿命失效研究

阻变存储器(RRAM),具有功耗低、擦写速度快、尺寸小、兼容性好等特点,在高密度存储领域具有重要应用前景。目前研究表明,多种材料能够展示出电阻转变的行为。其中,有机-无机钙钛矿材料因其独特的光学性质,从而在探索光电耦合型阻变存储器领域备受关注。阻变存储器的循环寿命低一直是制约其实用化的重要障碍,对其失效过程及机制进行探究是非常必要的。然而,有机-无机钙钛矿基阻变存储器的循环寿命失效机制却在先前的研究中少有报道。

东北师范大学物理学院徐海阳研究组通过对有机-无机钙钛矿基阻变存储器(Al/CH3NH3PbI3/FTO)的循环行为进行监测,探究了该器件的循环寿命失效问题。研究发现,器件高阻态会随循环次数增加而不断降低,并最终与低阻态重合难以分辨,出现循环失效现象。同时,器件循环寿命依赖于擦除电压,电压越高,循环寿命越低。通过仔细分析器件的每次循环过程,研究者发现器件在最终的循环失效前会出现异常的反向开启行为(negative set),该过程极大程度加速了器件的衰退。进一步,通过导电原子力显微镜对比器件循环失效前后的内部导电通道微观结构。器件的循环寿命失效机制可归因为:循环过程会导致薄膜内部的碘空位不断增殖,碘空位的激活能也会随之减小,从而诱发器件在擦除过程中出现异常的反向开启现象。最终,擦除电压无法对过量生长的碘空位导电通道进行有效烧断,使得器件无法回到高阻态而失效。

研究者相信,该工作揭示了有机-无机钙钛矿基阻变存储器件的循环寿命失效机制,同时指出抑制碘空位过量缺失将有助于器件循环寿命提高,为未来实现高可靠性器件提供了研究基础。相关工作在线发表在Advanced Materials Technologies (DOI:10.1002/admt.201800238)上。

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