中科院金屬所制備出柔性碳納米管傳感存儲(chǔ)一體化器件

電荷耦合器件（CCD）與電荷存儲(chǔ)器件（Memory）作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中兩個(gè)獨(dú)立分支分別沿著各自的路徑發(fā)展，同時(shí)具備光電傳感和存儲(chǔ)功能的原型器件尚未見(jiàn)報(bào)道。近日，金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心科研人員與國(guó)內(nèi)多家單位合作，在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）在線發(fā)表題為“柔性碳納米管傳感-存儲(chǔ)器件 （A flexible carbon nanotube sen-memory device）”的研究論文。

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(chǔ)器，具有高的電流開(kāi)關(guān)比、長(zhǎng)達(dá)10年的存儲(chǔ)時(shí)間以及穩(wěn)定的讀寫(xiě)操作，多個(gè)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(jī)制由福勒-諾德海姆隧穿變成直接隧穿，從而實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的傳感與檢測(cè)；基于理論計(jì)算分析與實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備出32×32像素的非易失性柔性紫外光面陣器件，首次實(shí)現(xiàn)了光學(xué)圖像的傳感與圖像存儲(chǔ)，為新型柔性光檢測(cè)與存儲(chǔ)器件的研制奠定了基礎(chǔ)。

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(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)在0.4%彎曲應(yīng)變下器件讀寫(xiě)與擦除之間的電流開(kāi)關(guān)比高于105，存儲(chǔ)穩(wěn)定性超過(guò)108s（圖2）。同時(shí)，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(shí)，通過(guò)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(hào)的直接轉(zhuǎn)換與傳輸，實(shí)現(xiàn)集圖像傳感與信息存儲(chǔ)于一身的新型多功能光電傳感與存儲(chǔ)系統(tǒng)（圖3）。

該項(xiàng)研究工作由中科院金屬所孫東明和曲庭玉提出設(shè)計(jì)構(gòu)思，在中科院蘇州納米所邱松、李清文研究員、吉林大學(xué)王偉教授以及中科院金屬所的科研人員共同合作下完成。曲庭玉與孫隕開(kāi)展了器件制備、電學(xué)測(cè)量和數(shù)據(jù)分析工作，陳茂林進(jìn)行了電子束曝光等器件工藝研究，邱松、李清文合成了半導(dǎo)體性碳納米管溶液，劉志博進(jìn)行了樣品的透射電鏡表征，譚軍開(kāi)展了聚焦離子束等樣品加工。所有作者共同參與了數(shù)據(jù)分析討論及論文撰寫(xiě)工作。曲庭玉、孫隕、陳茂林為共同第一作者，邱松、韓拯、成會(huì)明、孫東明為共同通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院、金屬研究所、沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心、青年千人計(jì)劃和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助。