憶阻器,是一種可以基于對其施加電壓和電流而保留內(nèi)部電阻狀態(tài)的電阻開關(guān),在擁有巨大應(yīng)用前景的同時,其在從科研轉(zhuǎn)向研發(fā)的關(guān)鍵階段也面臨著諸多挑戰(zhàn)。利用二維材料原子級的厚度以及在電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、機械等方面的優(yōu)異性能,和相關(guān)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的豐富的物理內(nèi)涵和調(diào)控方式,將可能為憶阻器在新材料的運用、器件結(jié)構(gòu)的改進、性能優(yōu)化等方面實現(xiàn)突破提供重要的機遇。本文將研究石墨烯（graphene）、二硫化鉬（MoS2）、二硫化鎢（WS2）和二硒化鎢（WSe2）等二維材料在憶阻器及其相關(guān)電子器件中的應(yīng)用,并通過透射電子顯微鏡表征和理論分析等手段研究這些器件的工作機制。首先我們簡要介紹了憶阻器的研究歷史、工作機制、優(yōu)異特性以及它所面臨的挑戰(zhàn),并對二維材料以及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了介紹。之后我們探討了二維材料在憶阻器中的應(yīng)用前景和研究現(xiàn)狀。第二章中我們使用石墨烯作為底電極制備了具有超低開關(guān)功率的憶阻器。通過與具有類似結(jié)構(gòu)的Pt金屬電極憶阻器進行對比,我們發(fā)現(xiàn)石墨烯電極能夠使憶阻器的開關(guān)功率降低約600倍,并且能夠很好地保留住TiOx基憶阻器原有的優(yōu)秀開關(guān)性能。結(jié)合實驗結(jié)果與理論擬合分析,我們發(fā)現(xiàn)該憶阻器所具有的超低功率來源... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２四種基本元件（電阻器、電容器、電感器和憶阻器）之間的關(guān)系圖

ｗ?ｗ??圖１．２四種基本元件（電阻器、電容器、電感器和憶阻器）之間的關(guān)系圖。??２００８年，美國惠普實驗室的研究人員首次將憶阻器理論與實驗結(jié)果聯(lián)系了??起來，報道了首個能工作的憶阻器，并在《自然》期刊上發(fā)表了他們的工作［４］。??在這項工作中，他們基于氧化鈦制備了擁有金屬／氧化物／金屬的三明治結(jié)構(gòu)的兩??端器件，并在實驗上對其電學(xué)性質(zhì)進行了測量。通過對測量到的器件“８”字形??的伏安特性曲線（圖１．３）以及憶阻器的理論和定義進行分析比對，他們最終確??定了這種能夠被外界可控的操作電壓和操作電流改變其自身電阻大小的器件就??是憶阻器??Ｉ?｜?１?１?Ｉ?＇??４－網(wǎng)?Ｊ??Ｔｉ０２?／｛??ｌ：ｙ?＾?＂??１－??－４?－?Ｖ?－??，?｜?，??

針對電場和焦耳熱在憶阻器開關(guān)過程中所占比重的大小，我們可大致將憶阻器分??為以下四類：雙極性非線性器件、雙極性線性器件、無極性器件和閾值開關(guān)器件，??四種類型器件的示意圖如圖１．５所示。帶電荷的原子（離子）會在電場中受力，??并在平行于電場的方向上發(fā)生移動，因此施加在憶阻器頂電極和底電極之間的電??壓能夠使絕緣體層中的離子在垂直于電極平面的方向上發(fā)生移動，從而產(chǎn)生雙極??性幵關(guān)現(xiàn)象（正電壓打開負電壓關(guān)閉或負電壓打開正電壓關(guān)閉）。由焦耳熱產(chǎn)生??的高溫能夠極大地增強原子的移動和滲透能力。具體原因如下：由于絕緣體層中??６??


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