在中國科學院、科技部、國家自然科學基金委的大力支持下，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所磁性材料與器件重點實驗室李潤偉課題組最近在有機/高分子電阻轉(zhuǎn)變研究取得了系列進展。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，通過實驗確認了給體受體型聚合物的電荷轉(zhuǎn)移導致了電阻轉(zhuǎn)變。隨后，研究人員通過與北京大學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；進而通過計算，詳細研究了給體受體體系的電荷轉(zhuǎn)移過程及其與電阻轉(zhuǎn)變的關(guān)系。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在RSC的《材料化學》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非易失性存儲器具有低功耗、高的翻轉(zhuǎn)速度、良好的抗疲勞性和極好的尺寸擴展?jié)摿亩徽J為是新興的下一代存儲器候選對象。但是，基于給體受體型的有機材料的電阻轉(zhuǎn)變過程難以控制，轉(zhuǎn)變參數(shù)分布較寬，從而導致最終的RRAM器件狀態(tài)的誤讀和編程錯誤。因此，找到一種對電阻變化過程可控的方法對于有機RRAM器件應用極為重要。
另一方面，人們通常采用降低器件尺寸的方式來獲得高密度的存儲器?，F(xiàn)在人們研究的存儲器件的尺寸已經(jīng)降低到了納米尺度。在此過程中產(chǎn)生了諸如納米尺度的制備及速度讀寫等新的問題。這些問題都阻礙了高密度存儲器件的進一步發(fā)展。而另外一種提高密度的簡單方法就是采用多態(tài)存儲，這種方法無需額外的制備過程即可輕易地以指數(shù)量級提高存儲密度。
由于聚酰亞胺的骨架結(jié)構(gòu)中沒有相應的摻雜位點且其電性質(zhì)難以調(diào)控，李潤偉研究團隊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)控共軛聚合物的導電性，受此啟發(fā)，該研究組通過質(zhì)子酸摻雜聚西佛堿體系，發(fā)現(xiàn)了可以通過電場精確地調(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，這對提高存儲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《美國化學會志》(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(201110060470.3、201110060469.0)，申請專利一項(201210067557.8)。（來源：中國科學院寧波材料技術(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)
