Advanced Functional Materials:纳米尺度下二维Bi2O2Se平面外方向的单极性阻变行为

二维材料在纳米尺度下的电学性质的研究对其在相关微观和宏观电子器件中的应用至关重要。虽然二维Bi2O2Se的平面内载流子迁移特性已得到广泛的研究并作为基础材料应用于光电探测器、忆阻器和传感器等电子器件中,但其在纳米尺度下平面外方向的电学性质仍未得到研究和报道。相关的研究对于开发基于二维Bi2O2Se的具有新功能的电子器件以及拓展其在纳米电子学领域的应用具有重要意义。

清华大学深圳国际研究生院(SIGS)材料研究院刘碧录副教授课题组利用导电原子力显微镜(CAFM)技术首次揭示了纳米尺度下二维Bi2O2Se在平面外方向具有稳定的单极性阻变行为,并分析其形成过程和成因。

图1. 基于CAFM技术研究纳米尺度下二维Bi2O2Se在平面外方向的单极性阻变特性。

在平面外方向循环电场的作用下,二维Bi2O2Se表面形成纳米山丘状结构,同时形成了导电通路,使原本处于不导电状态的样品在平面外方向导通并呈现阻变特性。随着电场循环次数的增加,二维Bi2O2Se从初始呈现的双极性导电窗口转换到稳定的单极性阻变行为。这些现象源于循环电场的作用使二维Bi2O2Se被氧化,从而使其表面形成纳米山丘状结构,并在该结构内部产生了更多的Se空位和焦耳热。当Se空位在平面外方向上的移动和焦耳热的产生达到动态平衡时,二维Bi2O2Se呈现稳定的单极性阻变特性。该研究揭示了二维Bi2O2Se平面外方向的输运行为,对其在高集成度纳米电子学中的应用具有启示意义。

图2. 二维Bi2O2Se表面纳米山丘状结构的形成。
图3. 二维Bi2O2Se平面外方向的阻变行为。
图4. 二维Bi2O2Se从双极性到稳定单极性阻变特性的转变过程。

陈文骏博士为本文第一作者,刘碧录副教授为本文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委,深圳市工信局、科创委和广东省科技厅等部门的支持。

论文信息:

Out-of-Plane Resistance Switching of 2D Bi2O2Se at the Nanoscale

Wenjun Chen, Rongjie Zhang, Rongxu Zheng, Bilu Liu*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202105795

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105795