Advanced Functional Materials:钙钛矿忆阻器的光电协同初始化新策略

忆阻器具有功耗低、读写速度快、集成密度高等优势,在信息存储、类脑计算等领域有重要应用,被视为推进信息技术发展的变革性技术。自2008年惠普实验室报道基于TiO2的首个忆阻原型器件以来,研究人员发展了包括金属氧化物、二维材料、有机材料在内的多种忆阻材料。由于有机-无机杂化钙钛矿自身离子具有可迁移特性,特别是其具有光敏感电子/离子传输特性,能够形成多种独特的光电耦合,为发展高性能忆阻器提供了可能。

通常忆阻器在运行之前需要经历一个大电压激励的初始化过程,为后续阻变提供适量的可迁移缺陷。然而,器件的寄生电容会产生电流过冲效应,导致材料内部缺陷增殖,造成导电通道过度生长,致使材料失效,严重影响器件工作稳定性和擦写耐久性。微观上,材料中离子迁移势垒过高导致初始化电压过大,是加重电流过冲的主要原因。因此,发展温和可控的初始化方法降低离子迁移势垒,是解决问题的关键。

最近,东北师范大学徐海阳教授、刘益春教授课题组与复旦大学周鹏教授合作,提出了一种简单、温和的光电协同初始化全新策略,在电初始化过程中引入光辐照,有效抑制了电流过冲效应,避免了缺陷的过量增殖和导电通道的过度生长,实现了杂化钙钛矿器件阻变参数稳定性、擦写循环耐受性的显著提升,并获得了低功耗忆阻器件。实验结果表明:一方面,光辐照能够诱导钙钛矿晶格膨胀,降低离子迁移势垒,实现过冲电流近10倍的削减。另一方面,光辐照产生的薄膜光电导具有分流效应,能够减少流经导电通道的过冲电流。该方法在光敏感忆阻材料中具有一定的适用性,为发展高可靠、低功耗忆阻器件以及基于忆阻器的光电耦合新功能提供了一种新的思路。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials上(DOI: 10.1002/adfm.201910151),并被选为当期Back Cover做简要介绍。