非晶碳薄膜中可逆巨电致电阻效应的研究

非晶碳（a-C）薄膜具有优异的可逆巨电致电阻（CER）性能，并且组分简单、易于可控制备，是电阻型随机存储器（RRAM）理想的候选介质材料。当前国际上对a-C薄膜CER效应的研究尚处于起步阶段，CER的发生机制以及薄膜结构等对CER的影响规律还不清楚。在申请人已有的工作基础上，本项目系统考察电极/a-C/电极垂直结构以及平面结构的电输运过程，研究a-C薄膜中碳键结构（sp2和sp3键比例）、微结构（sp2团簇的尺寸、形态等）、电极材料（石墨烯与超导转变温度为9.3 K的Nb等不同金属）等因素对CER特性的影响规律。利用电极/a-C/电极平面结构有望能直接观测到a-C薄膜在电激励前后微观结构的变化，有助于细致研究CER的发生机理。通过本项目的研究，我们希望能阐明a-C薄膜CER 效应的物理机制，同时筛选出具有优异CER性能的a-C薄膜和具有优异存储性能的a-C基RRAM结构设计。

在新一代存储器中，与铁电存储器、磁存储器等相比，基于可逆巨电致电阻(CER)效应的电阻型随机存储器(RRAM)在性能和成本方面表现出巨大优势，在未来有望取代现有存储器。目前，RRAM的研究工作大都集中在氧化物材料体系，和氧化物相比，非晶碳(a-C)薄膜组分简单、易于可控制备，因此是RRAM理想的候选介质材料。通过本项目研究，发现了五种存储性能优良的碳基RRAM材料，研究了相应存储器件性能，深入理解并在一定程度上阐明了非晶碳薄膜CER效应的物理机制。本项目的研究结果对碳基RRAM领域的研究具有重要的指导意义。