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中科院金屬所等制備出柔性碳納米管傳感存儲一體化器件

發(fā)布：cyqdesign 2020-02-11 11:43 閱讀：1839
電荷耦合器件（CCD）與電荷存儲器件（Memory）作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中兩個獨立分支分別沿著各自的路徑發(fā)展，同時具備光電傳感和存儲功能的原型器件尚未見報道。近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心科研人員與國內(nèi)多家單位合作，在《先進材料》（Advanced Materials）在線發(fā)表題為《柔性碳納米管傳感-存儲器件》（A flexible carbon nanotube sen-memory device）的研究論文。 mA']*)L1  
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　　科研人員提出了一種基于鋁納米晶浮柵的碳納米管非易失性存儲器，具有高的電流開關(guān)比、長達10年的存儲時間以及穩(wěn)定的讀寫操作，多個分立的鋁納米晶浮柵器件具有穩(wěn)定的柔性使役性能。更重要的是，電荷在氧化生成的AlOx層中的隧穿機制由福勒-諾德海姆隧穿變成直接隧穿，從而實現(xiàn)光電信號的傳感與檢測；基于理論計算分析與實驗優(yōu)化設(shè)計，制備出32×32像素的非易失性柔性紫外光面陣器件，首次實現(xiàn)了光學(xué)圖像的傳感與圖像存儲，為新型柔性光檢測與存儲器件的研制奠定了基礎(chǔ)。  $"x~p1P  
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　　科研人員采用半導(dǎo)體性碳納米管薄膜為溝道材料，利用均勻離散分布的鋁納米晶/氧化鋁一體化結(jié)構(gòu)作為浮柵層與隧穿層，獲得高性能柔性碳納米管浮柵存儲器（圖1），實現(xiàn)在0.4%彎曲應(yīng)變下器件讀寫與擦除之間的電流開關(guān)比高于105，存儲穩(wěn)定性超過108s（圖2）。同時，較薄氧化鋁隧穿層可使在擦除態(tài)“囚禁”于鋁納米晶浮柵中的載流子在獲得高于鋁功函數(shù)的光照能量時，通過直接隧穿方式重新返回溝道之中，使閉態(tài)電流獲得明顯的提升，完成光電信號的直接轉(zhuǎn)換與傳輸，實現(xiàn)集圖像傳感與信息存儲于一身的新型多功能光電傳感與存儲系統(tǒng)（圖3）。 7 a_99? J  
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　　圖1. 器件設(shè)計與結(jié)構(gòu)。a）器件結(jié)構(gòu)示意圖；b）均勻離散分布的鋁/氧化鋁納米晶點陣結(jié)構(gòu)與c）碳納米管薄膜溝道材料的SEM圖；d）溝道中電荷密度分布仿真；e）鋁納米晶表面形貌圖；f）碳納米管薄膜與浮柵層結(jié)構(gòu)的截面TEM與元素分布圖；g）存儲窗口。
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　　圖2. 柔性器件電學(xué)性能與柔性表征。a）柔性器件結(jié)構(gòu)示意圖與b）實物圖；c）鋁納米晶/氧化鋁一體化結(jié)構(gòu)的條件優(yōu)化；d）器件保持特性與e）循環(huán)性能表征；器件在f）不同彎曲應(yīng)力與g）次數(shù)下的柔性表征。
　　圖3. 器件光電響應(yīng)與圖像存儲。a）柔性傳感存儲器件；b）器件結(jié)構(gòu)單元；c）不同波長的光響應(yīng)特性；d-g）器件光存儲特性表征。