柔性可穿戴傳感器被廣泛應(yīng)用于如人體的健康狀況監(jiān)測、假肢、機器人等諸多領(lǐng)域,柔性傳感器采集到大量數(shù)據(jù)后,需要相應(yīng)的高性能存儲器和處理器對其進行存儲,運算和分析。傳統(tǒng)的硅基非易失性存儲器由于其剛性基板的特性,無法滿足柔性、延展等方面的要求,而柔性阻變存儲器（RRAM）具有擦寫速度快、存儲密度高以及功耗低等優(yōu)點,具有應(yīng)用潛力。大多數(shù)柔性可穿戴傳感器都需要外部供電,使用微型電池存在無法長期續(xù)航的致命缺點,而使用外接電源則會給操作帶來諸多不便。因此,與之相比,新型的自供電傳感器極具吸引力。柔性摩擦納米發(fā)電機（TENG）可以將人體運動的機械能轉(zhuǎn)換成電能,同時具有傳感特性,是一種新型的自供電傳感器。本工作致力于探索面向柔性可穿戴傳感應(yīng)用的柔性阻變存儲器和基于TENG的柔性自供電傳感器。本文的主要工作如下:（1）本文對柔性憶阻器進行了研究,提出了一種可全降解的憶阻器。首先選擇生物材料明膠（gelatin）作為阻變層,使用四種不同的金屬作為上電極研究其對金屬上電極（TE）/gelatin/W器件阻變性能的影響。結(jié)果表明:上電極與底電極金屬之間的功函數(shù)差異顯著影響器件的阻變特性,甚至?xí)䦟?dǎo)致不同器件的set... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

M-I-M結(jié)構(gòu)的RRAM器件。

根據(jù)電阻轉(zhuǎn)變的閾值電壓的極性可將RRAM分為單極性(unipolar)和雙極性(bipolar)器件,其I-V特性曲線如圖1.2所示。實驗室環(huán)境下,大多使用直流電壓或電流對器件進行掃描。而在實際應(yīng)用時,則通過脈沖電壓寫入、擦除及讀取信號。測試時,需要通過外部電路施加限制電流(Compliance current,CC)以防止從HRS轉(zhuǎn)變?yōu)長RS時的大電流使得阻變材料發(fā)生不可逆的硬擊穿。對于一些導(dǎo)電細絲型的RRAM器件,可以通過改變限制電流的大小,控制RRAM器件中導(dǎo)電細絲的數(shù)量和粗細來控制RRAM器件的阻值,實現(xiàn)多值存儲的目的[24]。單極性RRAM器件的I-V特性曲線關(guān)于y軸對稱,即器件的電阻轉(zhuǎn)變行為僅與外加電場的大小有關(guān),而與電場的方向無關(guān)。單極性RRAM器件從LRS轉(zhuǎn)變?yōu)镠RS多是由于焦耳熱導(dǎo)致的導(dǎo)電細絲的熔斷,因此其從LRS(“ON”狀態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)镠RS(“OFF”狀態(tài))時通常具有更高的電流,而從HRS轉(zhuǎn)變?yōu)長RS通常需要更高的閾值電壓[25]。對于雙極性RRAM器件而言,器件的阻變行為與外加電場的方向有關(guān)。例如,若從HRS轉(zhuǎn)變?yōu)長RS需要正向的掃描電壓,則從LRS轉(zhuǎn)變?yōu)镠RS所需的電壓方向與之相反。當(dāng)RRAM僅具有HRS和LRS兩個狀態(tài)時,可以將其視為數(shù)字型器件,用于存儲和構(gòu)建現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)[26]進行數(shù)字邏輯運算。而當(dāng)其有多個阻值狀態(tài)時,可以將其視為模擬型器件,用于模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)突觸[27]。目前有研究人員致力于開發(fā)出基于RRAM器件的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片。

Ishan Varun等人研究了以金屬氧化物HfOx為阻變層材料[32],PI為襯底的柔性Au/HfOx/Al RRAM器件,其結(jié)構(gòu)和實物圖分別如圖1.3(a)和圖1.3(b)所示。器件在低至0.18 V的讀取電壓下,阻變窗口為~41。常溫下能穩(wěn)定擦寫16次。Hosseini等人使用以Ag納米顆粒摻雜的有機物淀粉作為阻變層,以PET為襯底材料研究了Mg/Ag-doped chitosan/Mg/PET結(jié)構(gòu)的柔性RRAM器件[11],器件結(jié)構(gòu)和實物圖分別如如圖1.4(a)和1.4(b)所示。該器件的存儲窗口約為102,可以在室溫下擦寫60次,高、低阻值可以保維持~104s。同時表現(xiàn)出良好的機械穩(wěn)定性,在5mm的曲率半徑下彎曲1000次后,器件的阻值狀態(tài)仍能保持。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]A highly conductive and stretchable wearable liquid metal electronic skin for long-term conformable health monitoring[J]. GUO Rui,WANG XueLin,YU WenZhuo,TANG JianBo,LIU Jing.  Science China（Technological Sciences）. 2018(07)

博士論文
[1]面向高密度阻變存儲器應(yīng)用的閾值選通器件研究[D]. 王超.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]柔性傳感器件材料表征、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)用[D]. 徐天白.浙江大學(xué) 2017
[3]幾種納米復(fù)合氧化物阻變器件的原子層沉積制備及其存儲特性和憶阻功能的研究[D]. 王來國.南京大學(xué) 2017
[4]透明及柔性金屬氧化物薄膜阻變存儲器研究[D]. 武興會.華中科技大學(xué) 2015
[5]新型阻變存儲器材料及其電阻轉(zhuǎn)變機理研究[D]. 陳超.清華大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于聚氧化乙烯的高性能摩擦納米發(fā)電機及其應(yīng)用研究[D]. 丁鵬.浙江大學(xué) 2019
[2]基于明膠薄膜的阻變存儲器的研究[D]. 葛露萍.浙江大學(xué) 2017



本文編號：3123141