在中國(guó)科學(xué)院、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持下，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所磁性材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李潤(rùn)偉課題組最近在有機(jī)/高分子電阻轉(zhuǎn)變研究取得了系列進(jìn)展。研究人員在大的咔唑側(cè)基修飾聚酰亞胺中發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定的電致電阻現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了給體受體型聚合物的電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致了電阻轉(zhuǎn)變。隨后，研究人員通過(guò)與北京大學(xué)呂勁研究組和寧波材料所鄭文革研究組合作，選取氧化石墨烯和有機(jī)小分子作為給體受體體系，得到了基于石墨烯體系中較好的電致電阻轉(zhuǎn)變性能；進(jìn)而通過(guò)計(jì)算，詳細(xì)研究了給體受體體系的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程及其與電阻轉(zhuǎn)變的關(guān)系。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在RSC的《材料化學(xué)》雜志(J. Mater. Chem., 2012, 22, 520；J. Mater. Chem., 2012, 22, 16422)。
雖然基于給體受體型的有機(jī)非易失性存儲(chǔ)器具有低功耗、高的翻轉(zhuǎn)速度、良好的抗疲勞性和極好的尺寸擴(kuò)展?jié)摿亩徽J(rèn)為是新興的下一代存儲(chǔ)器候選對(duì)象。但是，基于給體受體型的有機(jī)材料的電阻轉(zhuǎn)變過(guò)程難以控制，轉(zhuǎn)變參數(shù)分布較寬，從而導(dǎo)致最終的RRAM器件狀態(tài)的誤讀和編程錯(cuò)誤。因此，找到一種對(duì)電阻變化過(guò)程可控的方法對(duì)于有機(jī)RRAM器件應(yīng)用極為重要。
另一方面，人們通常采用降低器件尺寸的方式來(lái)獲得高密度的存儲(chǔ)器。現(xiàn)在人們研究的存儲(chǔ)器件的尺寸已經(jīng)降低到了納米尺度。在此過(guò)程中產(chǎn)生了諸如納米尺度的制備及速度讀寫(xiě)等新的問(wèn)題。這些問(wèn)題都阻礙了高密度存儲(chǔ)器件的進(jìn)一步發(fā)展。而另外一種提高密度的簡(jiǎn)單方法就是采用多態(tài)存儲(chǔ)，這種方法無(wú)需額外的制備過(guò)程即可輕易地以指數(shù)量級(jí)提高存儲(chǔ)密度。
由于聚酰亞胺的骨架結(jié)構(gòu)中沒(méi)有相應(yīng)的摻雜位點(diǎn)且其電性質(zhì)難以調(diào)控，李潤(rùn)偉研究團(tuán)隊(duì)研究生胡本林在一種高性能高分子——聚西佛堿中發(fā)現(xiàn)了電阻轉(zhuǎn)變性能。但是，純的聚西佛堿的轉(zhuǎn)變參數(shù)較為發(fā)散。鑒于質(zhì)子酸摻雜能有效地調(diào)控共軛聚合物的導(dǎo)電性，受此啟發(fā)，該研究組通過(guò)質(zhì)子酸摻雜聚西佛堿體系，發(fā)現(xiàn)了可以通過(guò)電場(chǎng)精確地調(diào)節(jié)電阻狀態(tài)，得到了穩(wěn)定的電阻轉(zhuǎn)變。在超過(guò)1000次的連續(xù)循環(huán)中，器件的I-V曲線幾乎完全重合，轉(zhuǎn)變參數(shù)分布極窄。除此外，在摻雜聚西佛堿體系中還發(fā)現(xiàn)多態(tài)轉(zhuǎn)變和自整流現(xiàn)象，這對(duì)提高存儲(chǔ)器的密度和可操作性極其重要。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于最近出版的《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(JACS, 2012, 134,17408-17411，http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja307933t)。
目前，相關(guān)研究已經(jīng)獲得授權(quán)專利兩項(xiàng)(201110060470.3、201110060469.0)，申請(qǐng)專利一項(xiàng)(201210067557.8)。（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所）
未摻雜(a)與摻雜聚西佛堿(b)電阻轉(zhuǎn)變的循環(huán)操作性能
摻雜聚西佛堿的多態(tài)轉(zhuǎn)變，直流模式(a)和脈沖模式(b)
