表面功能化的单层MXene在多级忆阻器中的应用

【研究背景】

随着数字信息的指数化增长，传统的闪存设备由于摩尔定律的限制，难以满足信息密度的要求。为了增加信息的密度，迫切需要在新材料和器件结构上进行创新。电阻型随机存取存储器(RRAMs)由于其结构简单(金属-绝缘体-金属)、可扩展性高、读写速度快、功耗低等优点而得到广泛的研究。该技术已被证明与常规互补金属氧化物半导体兼容。此外，RRAMs可以得到多个离散的电阻值，这些电阻值对应于“0”“1”“2”… 此外，低功耗对设备尤其重要，而且低工作电压对电子产品有更好的节能效果。目前，基于过渡金属氧化物的RRAMs大多需要较高的工作电压和较大的泄漏电流。然而，在研究和工业中，人们对可弯曲的显示器和易于折叠的电子设备的兴趣和需求越来越大。因此，为了解决这些问题，目前迫切需要开发低能量、多电阻、高柔性的新型记忆器件功能材料。MXene在超级电容器、传感器等领域得到了广泛的研究。然而，对MXene在非易失性信息记忆(NVIM)中的研究却很少。有必要通过表面改性工程来扩大其应用领域。



【成果简介】

近期，苏州大学贺竞辉教授和路建美教授在国际知名学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces上发表一篇题目为：Surface Functionalization of Single-Layered Ti3C2Tx MXene and Its Application in Multilevel Resistive Memory的研究论文，本研究以辛基膦酸修饰的Ti3C2Tx MXene (Ti3C2Tx-op)为活性层，制作了简单的Al/Ti3C2Tx-opMXene层/ITO玻璃记忆器件。Ti3C2Tx-OPMXene存储器具有阈值电压低、保持时间稳定、电阻状态可清晰区分、开/关率高、OFF / ON1 / ON2 = 1:10:10、三元器件成品率可观(58%)等特点。此外，基于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的柔性Ti3C2Tx-OPMXene存储设备在ρ=2.1 cm的曲率半径弯曲5000次后仍能保持其稳定的三元存储性能。这项工作为MXene的表面改性提供了一种简便的方法，并拓宽了MXene的领域。


【图文导读】

图1.Ti3AlC2MAX 和Ti3C2Tx MXene的性能表征。

图2.单分子层Ti3C2Tx MXene被辛基膦酸修饰前后的物理表征。

图3. Ti3C2Tx-OPMXene存储器件图及相关电性能。

图4.Ti3C2Tx-OPMXene存储器机理研究。

图5.Ti3C2Tx-OP MXene柔性存储器件图及相关电性能。

【本文总结】

本文研究证明，Ti3C2Tx-OP MXene是非易失性三元存储器件的候选者，并具有出色的灵活性。它显示了易于操作的表面改性工程，简单的设备结构，长的保留时间（4000 s），高的开/关速率，OFF/ ON1 / ON2 = 1:10:10和良好的三元产率（58％），以及出色的灵活性。因此，这项研究拓宽了Ti3C2Tx-OPMXene的领域，并为海量信息的存储显示了新的方向。另外，对柔性Ti3C2Tx-OPMXene存储器件的研究对于柔性电子器件的开发和应用具有极其重要的意义。
文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b16979.

信息来源：MXene Frontier

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