一種新的二維材料薄膜制備方法——液相自組裝

二維材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其厚度達(dá)到物理極限——原子級(jí)，將載流子遷移和熱量擴(kuò)散限制在二維平面內(nèi)，從而展現(xiàn)出許多奇特的性質(zhì)，并在不同領(lǐng)域得到了廣泛地關(guān)注和應(yīng)用。但是目前大面積二維材料薄膜的制備方法單一（主要為CVD），極大地限制了基于二維材料的相關(guān)研究及應(yīng)用。

近日，桂林電子科技大學(xué)孫堂友副教授及其合作者提出了一種新的二維材料薄膜制備方法——液相自組裝（LPSA，如圖1所示），制備了Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO以及Al/h-BN/Pt結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器。通過電極的變化優(yōu)化了其阻變性能，實(shí)現(xiàn)了與CVD方法相比擬的器件性能（如圖2所示）。通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)闡明了堆疊h-BN多晶薄膜（SHPF）的阻變機(jī)理，并利用TEM發(fā)現(xiàn)了Al/h-BN/Pt器件中的導(dǎo)電細(xì)絲（如圖3所示）。該成果發(fā)表在Cell Reports Physical Science期刊上，題為“Resistive switching of Self-Assembly Stacked h-BN Polycrystal Film”。

概括

已知二維材料電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RRAM) 具有出色的非易失性電阻開關(guān)(NVRS) 性能。然而，大多數(shù)二維材料都是作為單晶薄膜生產(chǎn)的，很少關(guān)注它們的堆疊、不連續(xù)和松散的多晶狀態(tài)，這可能允許更容易的原子擴(kuò)散。在這里，我們提出了一種液相自組裝 (LPSA) 方法來制造堆疊的六方氮化硼(h-BN) 多晶薄膜 (SHPF) 并展示其 NVRS 行為。具有不同電極的三種器件架構(gòu)進(jìn)行了研究，所有這些都表現(xiàn)出電阻開關(guān)行為。Al/h-BN/Pt 器件顯示 120 次電流-電壓 (IV) 掃描而沒有退化，而 Al/h-BN/ITO 器件的開/關(guān)比約為10 4。所提出的 LPSA 方法可以作為一種在任意基板上制造存儲(chǔ)材料的簡(jiǎn)便且低成本的方法。此外，堆疊、不連續(xù)和松散的多晶薄膜可以促進(jìn) NVRS 的研究，這為許多潛在的功能應(yīng)用開辟了新的途徑。

圖形概要

介紹

電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RRAM) 具有高密度、低轉(zhuǎn)換率和讀寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為有望替代當(dāng)前存儲(chǔ)器件的下一代非易失性存儲(chǔ)器件。1在過去的幾年中，基于二維 (2D) 材料2,3,4,5如六方氮化硼(h-BN),6,7,8,9的 RRAM 備受關(guān)注過渡金屬二硫化物(TMDs)、10、11和黑磷，圖12、13顯示了非易失性電阻開關(guān)(NVRS)行為。6,8,14,15然而，大多數(shù)二維材料仍然存在穩(wěn)定性問題，例如，MoS2在 300°C 時(shí)容易被氧化16和黑磷在大氣中降解，17從而限制了這些二維材料在RRAM領(lǐng)域。近來，h-BN因其大的帶隙18和出色的熱特性成為RRAM領(lǐng)域的新焦點(diǎn)。19特別是蘭扎等人。展示了多層 h-BN 中的 NVRS 行為。20X. Wu 等人。報(bào)道了通過化學(xué)氣相沉積(CVD)制造的單層 h-BN憶阻器， 21顯示了 60 個(gè)循環(huán)的電流 - 電壓 (IV) 掃描和快速的開關(guān)速度 (<15 ns)。這些研究充分表明二維材料h-BN是一種優(yōu)良的NVRS材料。

深入了解 NVRS 機(jī)制對(duì)于獲得出色的內(nèi)存性能非常重要。22,23J. Xu 等人。觀察了穿過 h-BN單晶薄膜的缺陷路徑，并證明了缺陷路徑是導(dǎo)電絲形成的原因。24X. Wu 等人。報(bào)道了通過從頭算模擬將金屬離子有利地取代為硼或氮空位，并揭示金屬的取代是NVRS的原因。21實(shí)際上，許多對(duì) NVRS 進(jìn)行的類似研究都得出了相同的結(jié)論，即 NVRS 的直接原因是缺陷路徑中原子或離子的擴(kuò)散。25,26同時(shí)，目前的研究表明，原子和離子的擴(kuò)散在很大程度上取決于晶界。27,28因此，有理由認(rèn)為堆疊的不連續(xù)和松散的多晶薄膜將成為研究擴(kuò)散對(duì) NVRS 影響的有吸引力的候選者。然而，據(jù)我們所知，迄今為止，還沒有關(guān)于堆疊不連續(xù)和松散多晶 h-BN 薄膜基 NVRS 的報(bào)道。

溶液處理是制備晶界薄膜的有效方法。ST韓等人。通過旋涂制備磷烯/ZnO 納米異質(zhì)結(jié)，用于 Al/磷烯/ZnO/ITO RRAM，29和 X. Hou 等人。使用旋涂來制造晶體管。30在這里，我們提出了一種液相自組裝（LPSA）方法來制造堆疊的 h-BN 多晶薄膜（SHPF）。構(gòu)建了三種器件架構(gòu)（即Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO和Al/h-BN/Pt）來研究擴(kuò)散對(duì)NVRS的影響，并展示了對(duì)NVRS記錄的直接觀察SHPF 的影響。已經(jīng)確定了制造的 Al/h-BN/ITO RRAM 的易失性電阻轉(zhuǎn)換 (RS) 行為，并通過直接觀察導(dǎo)電燈絲獲得了穩(wěn)定的器件 (Al/h-BN/Pt)。LPSA 方法提供了一種低成本且不依賴基板的方法來制造薄膜，用于 RRAM 領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。重要的是，對(duì) SHPF 的 NVRS 機(jī)制的研究有助于找到一種理解 NVRS 的方法，并進(jìn)一步提高 RRAM 器件的性能。

結(jié)果與討論

SHPF的制造和表征

提出了 LPSA 方法，以h-BN 粉末和二甲基甲酰胺(DMF) 為前驅(qū)體來配置懸浮液，從而制備SHPF 。圖 1A展示了SHPF 自組裝的制造過程。在去離子水表面上形成的 SHPF被轉(zhuǎn)移到具有 ITO 或 Pt 圖形電極的兩個(gè)不同玻璃基板上。頂部電極（Al 或 Pt）最后通過帶有陰影掩模的磁控濺射沉積在 SHPF 上。如圖1B所示，SHPF 可以轉(zhuǎn)移到任意基材上，例如石墨烯/銅箔、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯（PET）、藍(lán)寶石和 Ti/Si 無需任何額外的預(yù)處理和輔助試劑，也可以通過 LPSA 方法獲得大面積的 SHPF（圖 S1）。圖1C顯示了 SHPF 的表面形態(tài)，表明目標(biāo)基板被具有堆疊 h-BN 多晶結(jié)構(gòu)的自組裝 SHPF 均勻覆蓋（圖1C，插圖）。橫截面高分辨率透射電子顯微鏡 (HRTEM) 圖像顯示，單個(gè) h-BN納米片（Al/h-BN/Pt 器件中 SHPF 的組成部分）具有高晶體質(zhì)量和 0.334 的 d 間距對(duì)應(yīng)于h-BN的(002)晶面，如圖1D（左上角）。X射線衍射（XRD）（圖S2）表明SHPF是多晶的。同時(shí)，在選區(qū)電子衍射（SAED；圖1D，右上）圖像的衍射點(diǎn)中，箭頭對(duì)應(yīng)于 h-BN 的（112）晶面，再次證實(shí)薄膜是由 h-BN 組成的單晶納米片。低倍率下的橫截面TEM 圖像（圖1D，底部）顯示 SHPF 的松散性質(zhì)。

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圖 1。SHPF制造工藝和表征

(A) SHPF自組裝和轉(zhuǎn)移的過程。

(B) SHPF 在四種不同的基板上形成：石墨烯/銅箔（左上）、PET基板（右上）、藍(lán)寶石基板（左下）和 Ti/Si 基板（右下）。

(C)SHPF表面形貌的 SEM 圖像。插圖：高倍率 SEM 圖像。

(D) 在Ar 氣氛中 400°C 退火后 SHPF 的 TEM 橫截面圖像、 h-BN的晶格（左上）、SAED 圖像（右上）和橫截面圖像（下）。

(E 和 F) (E) B 1s 和 (F) N 1s 的峰值接頭。

(G)在 Ar 氣氛中 400°C 退火后 SHPF 的拉曼光譜。

為了進(jìn)一步確認(rèn) SHPF 的質(zhì)量，研究了 X 射線光電子能譜 (XPS) 和拉曼光譜。在 ITO 玻璃基板上通過退火 SHPF 獲得的 B 1s 和 N 1s 峰與三個(gè)峰相關(guān)（圖 1E 和 1F）：BN31(190.60 eV)、BO32(189.59 eV) 和 B2O3(192.86 eV ))33用于 B 1s，BN34(398.18 eV)、BNO35(399.91 eV) 和 InN36(396.54 eV) 用于 N 1s。XPS 結(jié)果表明，O2-和 In3+在退火過程中擴(kuò)散到 SHPF中。在里面在所有樣品中都觀察到 SHPF 的拉曼光譜（圖 1G），在 1,368 cm-1附近有一個(gè)特征拉曼峰，對(duì)應(yīng)于h-BN的 E2g聲子振動(dòng)模式。37,38

設(shè)備的電氣測(cè)量

基于 SHPF 構(gòu)建了三種具有不同電極的器件，即 Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO 和 Al/h-BN/Pt（圖2A、 2D 和 2G ），并且電氣測(cè)量是在環(huán)境條件下進(jìn)行的。所有器件都顯示出RS行為（未退火的 Al/h-BN/ITO 器件的 IV 曲線在圖 S3中給出）。圖 2B 顯示了垂直結(jié)構(gòu)的 Al/h-BN/ITO 器件的典型 RS 行為。Al/h-BN/ITO 器件的原始狀態(tài)是高阻態(tài) (HRS)。直流 (DC) 電壓掃描 (0 → +3 → 0 → -3 → 0 V) 以 10 μA 的順從電流 (CC) 施加到 Al 電極。當(dāng)電壓約為 2V 時(shí)，器件從 HRS 切換到低電阻狀態(tài) (LRS)，這通常稱為“SET”過程。然而，當(dāng)向Al電極施加直流掃描電壓（0至-3V）時(shí)，工作過程如圖2B中的箭頭3所示，表明該器件是易失性RS存儲(chǔ)器。39,40此外，Al/h-BN/ITO 器件表現(xiàn)出不穩(wěn)定的 RS 行為，如圖 2所示C.注意Al被視為有源電極，因此當(dāng)Al電極用于RRAM時(shí)，通常假設(shè)RS的原理是電化學(xué)金屬化。21,41顯然，Al/h-BN/ITO 器件中 RS 現(xiàn)象的原理不能用電化學(xué)金屬化來解釋。從O 2-的擴(kuò)散來看，其原因可以歸納為：Al作為活性電極，在偏置電壓下可以被ITO擴(kuò)散的O2-氧化。

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圖 2。Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO 和 Al/h-BN/Pt 器件的 IV 特性

(A、D 和 G) (A) Al/h-BN/ITO、(D) Pt/h-BN/ITO 和 (G) Al/h-BN/Pt 的 IV 測(cè)量示意圖。

(B、E 和 H) (B) Al/h-BN/ITO、(E) Pt/h-BN/ITO 和 (H) Al/h-BN/Pt 的第一個(gè)循環(huán)。

(C、F 和 I) (C) Al/h-BN/ITO、(F) Pt/h-BN/ITO 和 (I) Al/h-BN/Pt 的 IV 測(cè)量。

為了消除氧化的影響，我們進(jìn)一步制作了 Pt/h-BN/ITO 和 Al/h-BN/Pt 器件進(jìn)行比較。圖2E 顯示了 Pt/h-BN/ITO 器件的 IV 曲線，其中在 10 μA 的 CC 下對(duì) Pt/h-BN/ITO 器件施加 -3 至 3 V 的直流電壓掃描。序列 1-4 的箭頭顯示了 IV 曲線的形成過程，表明 Pt/h-BN/ITO 器件是非易失性 RRAM 器件。然而，Al/h-BN/ITO（圖2C）和 Pt/h-BN/ITO（圖2F）器件都表現(xiàn)出不令人滿意的開關(guān)耐久性。Pt/h-BN/ITO 器件不具備 1 個(gè)數(shù)量級(jí)的開/關(guān)比，除了遵循 0 → +3 → 0 V 序列的電壓掃描?？紤]到 O2-的影響，將ITO電極改為Pt電極，構(gòu)建Al/h-BN/Pt器件。正如預(yù)期的那樣，Al/h-BN/Pt 器件顯示出出色的 NVRS 行為（圖 2H 和 2I）。當(dāng)施加掃描電壓（-15V 至 15V）時(shí)，Al/h-BN/Pt 器件的第一個(gè) SET 電壓約為 12.9 V。圖2H 展示了 Al/h-BN/Pt 器件的第一個(gè)周期。當(dāng)電壓降至 2.4 V 時(shí)，h-BN 的極化導(dǎo)致電流迅速降低。40,42圖 2I 顯示了 Al/h-BN/Pt 器件的 120 次 IV 掃描（紅色曲線是 120 次循環(huán)之一），表明隨著電壓掃描次數(shù)的增加，SET 和 RESET 電壓逐漸減小。通過Al/h-BN/Pt器件獲得了2個(gè)數(shù)量級(jí)的開/關(guān)比和120個(gè)耐久循環(huán)。圖 S4和S5分別顯示了器件間變化、周期間變化和保持時(shí)間，它們代表了單個(gè)器件中電阻和工作電壓的合理范圍。但是，不同設(shè)備之間的RS需要進(jìn)一步優(yōu)化。此外，我們添加了 Ag/h-BN/Pt 器件（圖 S6) 用于該方法的可靠性研究，表 1總結(jié)了這項(xiàng)工作的結(jié)果和其他基于 h-BN 的 RRAM 的文獻(xiàn)。

的 ON/OFF 比和耐久性循環(huán)的性能

IV曲線的擬合分析

為了闡明當(dāng)前基于 SHPF 的 RRAM 的傳輸機(jī)制，引入了雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)來擬合 HRS 和 LRS 的曲線。圖 3A和 3B分別顯示了正負(fù)斜坡電壓下的 IV 曲線 (Al/h-BN/ITO) 的擬合結(jié)果。HRS曲線由兩個(gè)區(qū)域組成，可以擬合空間電荷限制電流（SCLC）模型：46（等式 1）其中J是電流密度，θ是自由電子與俘獲電子的比率，εr是h-BN的相對(duì)介電常數(shù)， ε0是真空的介電常數(shù)，μ是電子遷移率，L是 SHPF 的厚度.在圖 3A 的區(qū)域 1（0.01-0.44 V）中，曲線的斜率為 ～1，表明傳導(dǎo)機(jī)制在低電壓下受歐姆傳導(dǎo)。在這種情況下，歐姆傳導(dǎo)由 Al3+和 O控制2-。同時(shí)，Al與SHPF中分散的氧結(jié)合形成AlOx。47在圖 3A 的區(qū)域 2 (0.58–1.79 V) 中，曲線理論上由 I 與 V2繪制。然而，擬合線的斜率為 1.46，并一直保持到 SET 進(jìn)度發(fā)生。擬合結(jié)果與SCLC不同，因?yàn)殡妷褐饕恢饾u形成的Al2O3掠奪，阻礙了電流的增加速度。

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圖 3。Al/h-BN/ITO和Pt/h-BN/ITO器件的雙對(duì)數(shù)標(biāo)度IV特性

（A 和 B）Al/h-BN/ITO 器件在 HRS 和 LRS 處的 IV 曲線擬合結(jié)果，電壓掃描分別為 0 到 3 和 0 到 -3V。

(C) Pt/h-BN/ITO 器件在 HRS 和 LRS 的 IV 曲線的線性擬合。

(D) 在 HRS 處 Al/h-BN/Pt 器件的 IV 曲線的線性擬合，插圖是相應(yīng) LRS 的線性擬合。

隨著持續(xù)氧化，Al2O3抑制Al和氧的結(jié)合。同時(shí)，陷阱逐漸被電子占據(jù)。因此，傳導(dǎo)機(jī)制逐漸轉(zhuǎn)向兒童定律。48當(dāng)陷阱被電子填充時(shí)，電阻狀態(tài)切換，Al/h-BN/ITO 器件的導(dǎo)電機(jī)制遵循兒童定律（圖 3A 的區(qū)域 3：0.58–1.67 V）。由于Al 2 O 3 的存在，Al/Al 2O3的界面形成肖特基勢(shì)壘，導(dǎo)致電流隨著電壓的降低呈指數(shù)下降（圖3A的區(qū)域4：0-0.57 V）。49電流隨電壓升高而增長的行為源于熱電子發(fā)射。熱電子發(fā)射的IV關(guān)系可以用以下公式模型表示：50,51（等式 2）其中A? 是有效理查森常數(shù)，T是溫度，q是單位電子電荷，φns是肖特基勢(shì)壘高度，k0是玻爾茲曼常數(shù)。熱電子發(fā)射的擬合結(jié)果（圖 3A 的區(qū)域 4：0-0.57 V；圖 3B 的區(qū)域 1：0 到 -0.25 V）如圖 S7所示。此外，Al/Al2O3界面中的勢(shì)壘 (1.59 eV) 是通過熱離子發(fā)射估計(jì)的，這與之前的報(bào)告 (1.15-3.15 eV) 一致49并且遠(yuǎn)低于Al / h-BN勢(shì)壘（3.7 eV）。52IV 的熱電子發(fā)射關(guān)系保持不變，直到反向電壓增加到 0.25 V（圖 3B 的區(qū)域 1：0 到 -0.25 V）。由于勢(shì)壘的存在，當(dāng)電壓極性反轉(zhuǎn)時(shí)，勢(shì)壘被加強(qiáng)，導(dǎo)致器件的HRS。揮發(fā)性 RS 是由 Al 電極的氧化引起的。隨著電壓的反向增長，電壓主要施加在 SHPF 上，這是由于 Al2O3的分解（Park 等人47也證明了這一行為），IV 的關(guān)系回到了歐姆定律（區(qū)域 2）圖 3B：0.33-1.83 V，斜率為~1）。當(dāng)電壓達(dá)到1.83 V時(shí)，Al2O3完全分解。陷阱主導(dǎo)導(dǎo)電行為，Al/h-BN/ITO 器件切換電阻狀態(tài)。因此，IV 曲線受制于圖 3B的區(qū)域 3 處的 I∝V2關(guān)系（0.3-1.68 V）。隨著反向電壓的降低，陷阱恢復(fù)到未填充狀態(tài)，圖3B（0-0.29 V）的區(qū)域 4 顯示了歐姆傳導(dǎo)（斜率為 ~1）。

圖3C顯示了IV曲線（Pt/h-BN/ITO）的擬合結(jié)果，可以分為三個(gè)區(qū)域。區(qū)域 1 是 IV 的關(guān)系，區(qū)域 2 顯示 IV2關(guān)系，區(qū)域 3 的 IV 關(guān)系是 IVα(α > 2)。圖 3C中 IV 曲線的擬合結(jié)果與 SCLC 機(jī)制非常吻合。Al/h-BN/ITO 和 Pt/h-BN/ITO 器件的 IV 曲線擬合結(jié)果的比較表明，RS 性能會(huì)受到 Al2O3勢(shì)壘的顯著影響。圖 3D 顯示了 Al/h-BN/Pt 器件的 IV 曲線的擬合結(jié)果。當(dāng) Al/h-BN/Pt 器件處于 HRS 時(shí)，曲線最適合歐姆傳導(dǎo)（斜率為 ～1），表明歐姆傳導(dǎo)主導(dǎo)導(dǎo)電行為。在 LRS 中（圖 3D 的插圖：4.6-14.1 V，斜率為~1），這意味著 RS 行為受電化學(xué)金屬化控制。

XPS分析

為了進(jìn)一步闡明RS機(jī)制，在電測(cè)量后采用XPS分析器件中的元素組成。圖 4A-4F 總結(jié)了兩種不同器件（Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO）的數(shù)據(jù)。每行代表來自 Al/h-BN/ITO（第一行）和 Pt/h-BN/ITO（第二行）的數(shù)據(jù)，列包含為 B1s、N1s 和 O1s 獲取的數(shù)據(jù)。擬合峰為BN、32、34BO、32B2O3、33BNO、35In2O3、53Al2O3、54和AlN。55特別是，Al/h-BN/ITO 中存在 Al2O3表明 O2-可以與 Al 電極結(jié)合并影響 NVRS 行為。如圖 4G所示，Al/h-BN/ITO 和 Pt/h-BN/ITO 中的 O 元素濃度高于退火 SHPF，表明在電測(cè)量期間 O 元素的濃度增加。圖 4G的插圖顯示了 O 1s 的峰值擬合（對(duì)于退火的 SHPF）；值得注意的是，In-O56和 In2O353存在于 Pt/h-BN/ITO 器件（圖4F）和退火的 SHPF 中，這表明 O2-已從 ITO 電極擴(kuò)散。圖4H顯示了Al 2p 的峰值擬合，與O 1s的峰值擬合很好，證明了Al/h-BN/ITO器件中存在Al2O3。

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圖 4。SHPF的XPS表征

（A-F）分別為（A 和 D）B1s、（B 和 E）N1s 和（C 和 F）O1s 的 XPS 表征的峰擬合結(jié)果。顯示了 (A-C) Al/h-BN/ITO 和 (D-F) Pt/h-BN/ITO 的 XPS 結(jié)果。

(G) 退火 SHPF、Al/h-BN/ITO 器件和 Pt/h-BN/ITO 器件中 O 1s 強(qiáng)度的比較。

(H) Al/h-BN/ITO 器件中 Al 2p 的峰值擬合。

TEM和EDS分析

為了進(jìn)一步研究 Al/h-BN/Pt 器件的 RS 機(jī)制，進(jìn)行了 TEM 和能量色散光譜 (EDS) 分析，如圖 5所示。圖 5A顯示了 Al/h-BN/Pt 器件的橫截面圖像。紅色虛線標(biāo)記了 Al/h-BN/Pt 器件的組件，指的是EDS的結(jié)果（圖5B-5F）。錐形鋁導(dǎo)電燈絲表明燈絲從 Pt 向鋁電極生長。57從圖 5B 可以清楚地觀察到，鋁導(dǎo)電燈絲連接鋁和鉑電極，表明器件處于開啟狀態(tài)。圖 5G-5I 顯示細(xì)絲生長進(jìn)度。當(dāng)對(duì)Al頂部電子施加正偏壓時(shí)，Al失去電子變成Al3+并從Al電極擴(kuò)散到Pt電極。然后，Al3+從 Pt 電極獲得電子并將其還原為 Al。隨著Al的氧化，Al3+遷移并被還原，導(dǎo)致Al原子在Pt電極上積累。然后，Al 燈絲開始生長，如圖 5G 所示。隨后，Al 燈絲連接 Al 電極和 Pt 電極，進(jìn)入 SET 階段（圖5H）。最后，當(dāng)電壓極性反轉(zhuǎn)時(shí)，Al/h-BN界面處Al導(dǎo)電絲最細(xì)的部分首先被溶解（圖5I)，導(dǎo)致 RESET。通過上述討論，隨著O2-影響的降低，器件（Al/h-BN/Pt）表現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的NVRS行為。

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圖 5。Al/h-BN/Pt器件的TEM和EDS結(jié)果以及SET和RESET過程示意圖

(A) Al/h-BN/Pt 器件的橫截面TEM 圖像。

(B-F) 不同原子（Pt、Al、B 和 N）的 EDS 強(qiáng)度。

（G-I）Al/h-BN/Pt 器件中鋁絲生長的示意圖。

綜上所述，首次提出了 LPSA 方法來成功制造 SHPF。構(gòu)建了三種 RRAM 器件架構(gòu)（即 Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO 和 Al/h-BN/Pt）來研究基于 SHPF 的 RRAM 器件的 RS 行為。Al/h-BN/Pt RRAM 器件顯示出 120 次循環(huán)耐久性而沒有劣化，Al/h-BN/ITO 器件獲得了～ 10 4的 ON/OFF 比。我們還證明，由于制備的 h-BN 薄膜的多晶特性，O2-可以很容易地與有源電極結(jié)合形成勢(shì)壘，從而影響 NVRS。此外，這項(xiàng)工作為制造二維材料薄膜提供了一種簡(jiǎn)便且廉價(jià)的選擇（LPSA 方法）不受基材的限制。對(duì)堆疊、不連續(xù)、松散的多晶薄膜基NVRS的研究對(duì)于彌補(bǔ)當(dāng)前單晶基材料體系的空白具有重要意義，可為RRAM器件的設(shè)計(jì)提供參考。

實(shí)驗(yàn)步驟

資源可用性

鉛接觸

更多信息和資源請(qǐng)求應(yīng)直接聯(lián)系主要聯(lián)系人 Ying Peng (pengying@guet.edu.cn)，并將由 Ying Peng 完成。

材料可用性

這項(xiàng)研究沒有產(chǎn)生新的獨(dú)特試劑或材料。

設(shè)備制造

RRAM器件（Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO 和 Al/h-BN/Pt）通過以下工藝制造。ITO玻璃（頂部有150nm厚的ITO，購自華南科技）采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)進(jìn)行圖案化，采用濕法刻蝕形成100μm寬的ITO底部電極。Pt 頂部和底部電極通過磁控濺射使用具有 100 微米寬條紋的陰影掩模沉積在玻璃基板上。Al頂部電極通過磁控濺射沉積。將 1 g h-BN (99.9%, Shanghai AladdinBiochemicalTechnology) 與 50 mLN,NDMF（99.8%，桂林貝爾實(shí)驗(yàn)設(shè)備）和典型的超聲波浴用于分散粉末10小時(shí)。將圖案化的 ITO 玻璃基板固定在燒杯中，將 30 mL去離子水浸入燒杯中。接下來，將 300 μL 懸浮液緩慢滴入去離子水中，靜置 10 min。最后，用注射器排出多余的溶液并靜置 5 分鐘。將樣品在 80°C 下干燥并在Ar 氣氛中在 400°C 下退火 1 小時(shí)以消除其他殘留物。

電氣測(cè)量

使用 Keithley 2636B 系統(tǒng)源表進(jìn)行 IV 測(cè)量。在環(huán)境條件下表征了 Al/h-BN/ITO、Pt/h-BN/ITO 和 Al/h-BN/Pt 器件的 IV 曲線。應(yīng)用符合 1 μA、10 μA 和 1 mA 的電流以保護(hù)器件免受氣泡破壞。

化學(xué)狀態(tài)表征

拉曼光譜是用拉曼光譜儀(RTS2-301-DMS) 用 532 nm 入射激光測(cè)量的。XPS（Thermo Fisher Scientific，帶有單色 Al Kα X 射線的 Thermo Scientific NEXSA）用于表征退火后 SHPF 中的元素?cái)U(kuò)散。

結(jié)構(gòu)表征

SHPF的表面形態(tài)通過掃描電子顯微鏡（SEM；JEOL JSM-IT500HR）獲得。通過HRTEM(FEI-Talos F200X)檢查橫截面結(jié)構(gòu)。

審核編輯 ：李倩