柔性无机-光电场效应非易失性浮栅型存储机理研究

Flexible floating gate type memory is one of the important development directions in the field of memory research. This research aims at the shortage of the organic memory and puts forward to choose the photosensitive inorganic quantum dot which has not yet been reported internationally as light absorption layer material. By using the photosensitive inorganic quantum dots, we will integrate light detection, signal amplification and storage performance on a single tube device, expecting to increase storage capacity, reduce energy consumption, higher carrier mobility and device switch speed, and gain the function of flexible and optical storage which can expand the store window. Therefore, it is of great significance to study the storage mechanism of the nonvolatile floating-gate memory based on flexible inorganic-photoelectric transistor memory. Our team plans to proceed several specific researches: 1) The action mechanism of the material and thickness of the tunneling insulation layer on charge tunneling and maintaining; 2) The energy level matching mechanism of the materials in floating gate and channel; 3) The action mechanism of the light life carrier on the tunneling current; 4) The action mechanism of mechanical field on the quantum tunneling and charge maintaining and the failure mechanism of the memory, etc. Our research group has fabricated floating-gate memory based on graphene oxide and quantum dots, which gained memory window of 6 V at the programming/erasing voltages of ± 25 V. The application of the target device have the advantages of low cost, large area, low temperature and flexible characteristics, which will broad application prospects in radio frequency identification tag, flexible integrated circuit, flexible displays, and other fields.

柔性浮栅型存储器是存储器领域重要发展方向之一，课题组针对有机存储器的不足，提出选用国际尚未报道的光敏性无机量子点作为光吸收层材料，它将光探测、信号放大和存储性能集成在单管器件上，可望提高存储容量、降低能耗、有较高的载流子迁移率和器件的开关速率，具有柔性及光电存储功能，能扩大存储窗口，所以研究柔性无机-光电场效应的非易失性浮栅型存储机理意义重大。课题组具体研究：1)绝缘隧穿层材料和厚度对电荷隧穿和保持的作用机制；2）浮栅材料和沟道材料的能级匹配机制；3）光生载流子对隧穿电流的作用机制；4）机械场对量子隧穿和电荷保持的作用机制及存储器的失效机制等。本研究组以氧化石墨烯及量子点构成的存储器，已实现了在±25V的擦写电压下，获得6V的存储窗口。本项申请的目标器件将具有低成本、大面积、可低温及可挠曲等特性，在射频识别标签、柔性集成电路和柔性显示等领域有广阔的应用前景。

基于场效应晶体管结构存储器因其无损读取、易于集成、低成本、与柔性衬底兼容以及高稳定性等优势成为当前存储领域的研究热点。本课题在晶体管存储器的基础上研究了量子点沟道材料的非易失存储器。首先利用PbS量子点为沟道材料，采用氧化石墨烯和金纳米颗粒双浮栅结构，制备了低压非易失性双浮栅存储器。然后利用全无机钙钛矿量子点CsPbBr3为沟道材料，分别研究了金、银纳米颗粒为浮栅层的存储特性。其中，对于银纳米颗粒浮栅存储器，在传统的电工作模式的基础上，增加了光辅助编程操作，增大了存储窗口，探索了光电存储机理。. 利用光作为独立的写入和擦除信号成为存储领域的新研究热点。这里，采用简单的一步溶液法将有机聚合物和光敏材料（PCBM和CsPbBr3量子点）混合作为电荷捕获层，基于匹配的能级，选用并五苯材料作为晶体管半导体材料，制备了光可写入和光可擦除存储器。同时，采用有机聚合物作为栅阻挡介质层制备了低压光子存储器。. 阻变存储器（RRAM）因其单元尺寸小、读写速度快、功耗低、制备工艺和器件结构简单等优点得到了广泛的研究。这里，首先采用CsPbBr3量子点材料制备了简单的三明治结构阻变存储器，该存储器具有高重复性、良好的数据保留能力和光辅助的多级存储等特性，为下一代高性能且稳定的存储设备研究提供了一种思路。然后，结合CdSe/ZnS和 CsPbBr3量子点材料，采用垂直结构，制备了具有光电可塑性和记忆行为的人工突触。光电兴奋性突触后电流行为、短时记忆、长时记忆、短时到长时记忆过渡、光子学习和遗忘行为等多种突触功能都被应用光、电脉冲模拟。同时，该设备还具有柔性应用的潜力。这项工作为开发具有光电操作的人工突触装置、神经网络和计算机提供了一种经济有效的方法。此外，光电阻变式存储器是一种很有前途的光电设备，它的发展是为了克服冯•诺依曼瓶颈，提高当前计算机系统的计算和存取性能。本工作基于PbS量子点和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）混合材料，制备超稳定宽带光电可调谐RRAM器件及其柔性器件。