基于有机-无机杂化钙钛矿材料的阻变存储器（RRAM）的制备及机理研究

The resistance random access memory (RRAM) has large potential in the information storage field, including high speed storage device with scale down to sub-10nm scale, and biological neural network storage based on computer logic architecture. The novel RRAM exhibited many advantages such as simple structure, low power consummation, high switching ratio, fast response speed, high scalability, and CMOS compatibility, which render it receive more and more attention. In this study, we will focus on the device performance and stability of RRAM based on organic-inorganic hybrid perovskite materials. The study will systematically investigate the material doping, thin film and crystal structure optimization, device fabrication and characterization, and working mechanism from both experiments and theories. In order to achieve high performance RRAM device, the element doping and electrode effects will be intensively investigated. Finally, it is expected to achieve high performance RRAM device, understand the basic working mechanism, and build the device physical model. The successful implementation of this project will provide guidelines for the realization of high performance perovskite RRAM and further promote the development of new types of RRAM device based on perovskite materials.

阻变存储器在信息存储领域中存在巨大的应用潜力，无论是能收缩到纳米尺度的超快存储设备，还是基于计算机逻辑体系架构的生物神经网络存储器。新型阻变存储器因具有非易失性、结构简单、低能耗、高开关比、快响应速度以及具有超越摩尔定律限制的能力等优势使其获得了持续关注。本研究将针对新型有机-无机杂化钙钛矿阻变存储器性能及稳定性提升和阻变机理这一重要问题，基于前期工作中所取得的研究成果，采用材料取代掺杂、薄膜及晶体结构优化、器件制备及表征及阻变机制研究等方法对新型钙钛矿存储器进行研究，重点研究材料掺杂、电极选择等因素对于阻变存储器性能的影响，最终实现高性能阻变存储器的制备，并提出相应的阻变机制，建立相关物理模型，为新型钙钛矿阻变存储器的研究给出指导意见，进一步开发具有自主知识产权的核心技术，为阻变器件的进一步发展奠定基础。

新型阻变存储器因具有非易失性、结构简单、低能耗、高开关比、快响应速度以及具有超越摩尔定律限制的能力等优势使其获得了持续关注。而有机-无机钙钛矿材料具有光吸收强、迁移率高、载流子寿命长、带隙可控及可采用多种方式加工等特性受到广泛关注。在钙钛矿光电器件中，钙钛矿薄膜的质量、电学及光学性质对于器件的性能及稳定性起着至关重要的作用。本研究针对有机-无机杂化钙钛矿阻变存储器性能及稳定性提升和阻变机理这一重要问题，以高性能钙钛矿材料和器件为目标，开展了钙钛矿材料的薄膜制备工艺、钝化工艺、界面工程、异质结调控等方面的研究，通过材料计算、器件仿真、器件制备、测试及机理研究等阐明了钙钛矿材料与器件性能方面的关系，探索了材料与器件优化的调控机制，解决了钙钛矿薄膜形成机理及电荷传输等关键问题，突破了高质量氧化物界面层的制备及高质量钙钛矿薄膜制备技术，获得了高效钙钛矿太阳能电池及阻变存储器件，相关技术指标处于国内外领先水平。本课题基于以上研究内容，在Advanced Science、Nano Energy等杂志上发表高水平SCI论文40余篇，申请发明专利3项，授权1项，圆满完成项目任务。综上所述，本项目研究成果为钙钛矿材料和器件的研发提供了理论支撑，对于新型光电材料和器件等领域具有重要的科学意义。