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[专家学者] 中国科学院宁波工业技术研究院磁性材料与机电装备事业部李润伟

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发表于 2017-9-25 09:25:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
李润伟 研究员,宁波材料所副所长,磁材事业部主任,中科院磁性材料与器件重点实验室主任。2002年毕业于中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室,凝聚态物理专业,获理学博士学位。2002年至2003年,在日本大阪大学产业科学研究所任JSPS(日本学术振兴会)研究员;2003年至2005年,在德国凯泽斯劳滕大学物理系做洪堡学者;2005年至2008年,在日本国家材料科学研究所国际青年科学家中心任高级研究员。2008年进入宁波材料所。
在国际学术期刊发表SCI论文80余篇,包括PNAS 、Adv. Mater. 、Appl. Phys. Lett. 、 Phys. Rev. B等影响因子3以上的论文30余篇,邀请综述2篇,参与撰写专著1部。申请发明专利20余项,已经授权中国发明专利7项。目前承担973项目子课题,国家自然科学基金等项目。担任Adv. Mater. 、Appl. Phys. Lett. 、New Journal of Physics 、Nanotechnology, J. Appl. Phys.,Nanoscale 、IEEE Transactions on Electrical Devices 、Surface Science 、 J. Phys. condens. Mater. 、J. Phys. D: Appl. Phys. 、 Modern. Phys. Lett. B 、 Chin.Phys.等20余个国际学术期刊的审稿人。


宁波材料所李润伟

宁波材料所李润伟

教育背景
1997-09--2002-07   中国科学院物理研究所   理学博士
1993-09--1997-07   中央民族大学   理学学士
工作简历
2013-09~现在, 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 副所长
2012-04~2013-09,中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 所长助理
2010-08~现在, 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 中科院磁性材料与器件重点实验室主任
2008-03~现在, 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 研究员
2005-02~2008-03,日本国家材料科学研究所, 国际青年科学家中心高级研究员
2003-10~2005-01,德国凯泽斯劳滕大学, 洪堡学者
2002-08~2003-09,日本大阪大学, JSPS研究员


工作经历
2013.09至今:中国科学院宁波材料技术与工程研究所 副所长
2012.04-2013.09:中国科学院宁波材料技术与工程研究所 所长助理
2010.08至今:中国科学院磁性材料与器件重点实验室 主任
2008.03至今:中科院宁波材料所研究员、博士生导师;中科院“百人计划”
2005.02-2008.03:日本国家材料科学研究所 国际青年科学家中心(International Center for Young Scientists, National Institute for Materials Science, NIMS)高级研究员
2003.10-2005.01:德国凯泽斯劳滕大学(Kaiserslautern University of Technology);洪堡学者(Alexander von Humboldt research fellow),合作教授:Prof. Burkard Hillebrands
2002.08-2003.09:日本大阪大学(Osaka University);JSPS(Japanese Society for the Promotion of Science-日本学术振兴会)研究员,合作教授:Prof.Tomoji Kawai(川合 知二)


研究方向
磁电子材料与器件研究


论文专利
1. Zebing Zeng, Masatoshi Ishida, José L. Zafra, Xiaojian Zhu, Young Mo Sung, Nina Bao, Richard D. Webster, Byung Sun Lee, Run-Wei Li, Wangdong Zeng, Yuan Li, Chunyan Chi, Juan T. López Navarrete, Jun Ding, Juan Casado, Dongho Kim, and Jishan Wu. Pushing Extended p-Quinodimethanes to the Limit: Stable Tetracyano-oligo(N-annulated perylene)quinodimethanes with Tunable Ground States. J. Am. Chem. Soc. 135, 6363(2013)[PDF]
2. Xiaojian Zhu, Chin Shen Ong, Xiaoxiong Xu, Benlin Hu, Jie Shang, Huali Yang, Sadhana Katlakunta, Yiwei Liu, Xinxin Chen, Liang Pan, Jun Ding & Run-Wei Li. Direct observation of lithium-ion transport under an electrical field in LixCoO2 nanograins. Scientific Reports. 3, 1084 (2013);[PDF]
3. Xiaoshan Zhang, Qingfeng Zhan, Guohong Dai, Yiwei Liu, Zhenghu Zuo, Huali Yang, Bin Chen, and Run-Wei Li. Effect of mechanical strain on magnetic properties of flexible exchange biased FeGa/IrMn heterostructures. Appl. Phys. Lett. 102, 022412 (2013);[PDF]
4. Benlin Hu, Xiaojian Zhu, Xinxin Chen, Liang Pan, Shanshan Peng, Yuanzhao Wu, Jie Shang, Gang Liu, Qing Yan, and Run-Wei Li. A Multilevel Memory Based on Proton-Doped Polyazomethine with an Excellent Uniformity in Resistive Switching. J. Am. Chem. Soc. 134, 17408(2012);[PDF]
5. Benlin Hu, Ruge Quhe, Cao Chen, Fei Zhuge, Xiaojian Zhu, Shanshan Peng, Xinxin Chen, Liang Pan, Yuanzhao Wu, Wenge Zheng, Qing Yan, Jing Lu and Run-Wei Li. Electrically controlled electron transfer and resistance switching in reduced graphene oxide noncovalently functionalized with thionine. J. Mater. Chem., 22, 16422(2012);[PDF]
6. Xiaojian Zhu , Wenjing Su , Yiwei Liu , Benlin Hu , Liang Pan , Wei Lu , Jiandi Zhang , and Run-Wei Li. Observation of Conductance Quantization in Oxide-Based Resistive Switching Memory. Adv. Mater. 24 3941 (2012); [PDF]
7. Xiaojian Zhu, Jie Shang, Run-Wei Li. Resistive switching effects in oxide sandwiched structures. Front. Mater. Sci.[PDF]
8. Bin Chen, Zhenghu Zuo, Yiwei Liu, Qing-Feng Zhan, Yali Xie, Huali Yang, Guohong Dai, Zhixiang Li, Gaojie Xu, and Run-Wei Li. Tunable photovoltaic effects in transparent Pb(Zr0.53,Ti0.47)O3 capacitors. Appl. Phys. Lett. 100 193703 (2012) ;[PDF]
9. Shanshan Peng, Fei Zhuge, Xinxin Chen, Xiaojian Zhu, Benlin Hu, Liang Pan, Bin Chen,and Run-Wei Li. Mechanism for resistive switching in an oxide-based electrochemical metallization memory.Appl. Phys. Lett.100.072101.(2012);[PDF]
10. Benlin Hu, Fei Zhuge, Xiaojian Zhu, Shanshan Peng, Xinxin Chen, Liang Pan, Qing Yan and Run-Wei Li. Nonvolatile bistable resistive switching in a new polyimide bearing 9-phenyl-9H-carbazole pendant. J. Mater. Chem., 22, 520(2012);[PDF]
11. Qiwei Tian, Minghua Tang, Feiran Jiang, Yiwei Liu, Jianghong Wu, Rujia Zou, Yangang Sun, Zhigang Chen, Run-Wei Li and Junqing Hu, Large-scaled star-shaped α-MnS nanocrystals with novel magnetic properties. Chem. Commun.47,8100-8102.(2011);[PDF]
12. Xiaojian Zhu, Fei Zhuge, Mi Li, Kuibo Yin, Yiwei Liu,Zhenghu Zuo, Bin Chen and Run-Wei Li. Microstructure dependence of leakage and resistive switching behaviours in Ce-doped BiFeO3 thin films. J. Phys. D: Appl. Phys.44.415104.(2011);[PDF]
13. Fei Zhuge, Shanshan Peng, Congli He, Xiaojian Zhu, Xinxin Chen, Yiwei Liu and Run-Wei Li, Improvement of resistive switching in Cu/ZnO/Pt sandwiches by weakening the randomicity of the formation/rupture of Cu filaments, Nanotechnology.22,275204.(2011);[PDF]
14. Wei Ning, Zhe Qu, You-Ming Zou, Lang-Sheng Ling, Lei Zhang, Chuan-Ying Xi, Hai-Feng Du, Run-Wei Li, Yu-Heng Zhang, Giant anisotropic magnetoresistance in bilayered La2-2xSr1+2xMn2O7 (x=0.4) single crystal, Appl. Phys. Lett. 98,212503.(2011);[PDF]
15. Fei Zhuge, Benlin Hu, Congli He, Xufeng Zhou, Zhaoping Liu, Run-Wei Li *, Mechanism of nonvolatile resistive switching in graphene oxide thin films, Carbon, 49(12):3796-3802.(2011);[PDF]
16. Bin Chen, Mi Li, Yiwei Liu, Zhenghu Zuo, Fei Zhuge, Qing-Feng Zhan and Run-Wei Li. Effect of top electrodes on photovoltaic properties of polycrystalline BiFeO3 based thin film capacitors. Nanotechology. 22,195201.(2011);[PDF]
17. C. Y. Dong, D. S. Shang, L. Shi, J. R. Sun, B. G. Shen, F. Zhuge, R. W. Li, and W. Chen. Roles of silver oxide in the bipolar resistance switching devices with silver electrode. Appl. Phys. Lett. 98,072107. (2011);[PDF]
18. Hongjun Liu, Jyh-Pin Chou, Run-Wei Li, Ching-Ming Wei, and Kazushi Miki. Trimeric precursors in the formation of Al magic clusters on Si(111)-7×7 surface. Phys. Rev B. 83, 075405. (2011);[PDF]
19. Xiuzhen Yu, Run-Wei Li, Toru Asaka, Kazuo Ishizuka, Koji Kimoto and Yoshio Matsui, Relationship between magnetic domain configuration and crystallographic orientation in a colossal magnetoresistive material. Journal of Electron Microscopy. 59,S95-S100.(2010);[PDF]
20. Mi Li, Fei Zhuge, Xiaojian Zhu, Kuibo Yin, Jinzhi Wang, Yiwei Liu, Congli He, Bin Chen and Run-Wei Li*, Nonvolatile resistive switching in metal/La-doped BiFeO3/Pt sandwiches. Nanotechnology, 21,425202(2010);[PDF]
21. Kuibo Yin, Mi Li, Yiwei Liu, Congli He, Fei Zhuge, Bin Chen, Wei Lu,Xiaoqing Pan, and Run-Wei Li*,Resistance switching in polycrystalline BiFeO3 thin films. Appl. Phys. Lett. 97,042101(2010);[PDF]
22. F. Zhuge, W. Dai, C. L. He, A. Y. Wang, Y. W. Liu, M. Li, Y. H. Wu, P. Cui, and Run-Wei Li *. Nonvolatile resistive switching memory based on amorphous carbon. Appl. Phys. Lett. 96,163505(2010);[PDF]
23. D. S. Shang, L. Shi, J. R. Sun, B. G. Shen, F. Zhuge, R. W. Li, and Y. G. Zhao; Improvement of reproducible resistance switching in polycrystalline tungsten oxide films by in situ oxygen annealing;Appl. Phys. Lett. 96,072103(2010);[PDF]
24. J. Wang, F. X. Hu, R. W. Li, J. R. Sun, and B. G. Shen; Strong tensile strain induced charge/orbital ordering in (001)-La7/8Sr1/8MnO3 thin film on 0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3; Appl. Phys. Lett. 96,052501(2010);[PDF]
25. J. Yang, B. Li, J. Wang, L. Chen, R. W.Li, A first-principles study of adhesion of Pt layers to the NiO(100) and IrO2(110) surfaces, J. Phys: Condens. Matt. 22,015003 (2010) ;[PDF]
26. C. L. He, F. Zhuge, X. F. Zhou, M. Li, G. C. Zhou, Y. W. Liu, J. Z. Wang, B. Chen, W. J. Su, Z. P. Liu*, Y. H. Wu, P. Cui, and Run-Wei Li**, Non-volatile resistive switching in graphene oxide thin films; Appl. Phys. Lett. 95, 232101(2009);[PDF]
27. X. Z. Yu, Run-Wei Li, T. Asaka, K. Ishizuka, K. Kimoto, and Y. Matsui, Possible origins of the magnetoresistance gain in colossal magnetoresistive oxide La0.69Ca0.31MnO3: Structure fluctuation and pinning effect on magnetic domain walls, Appl. Phys. Lett. 95, 092504 (2009); [PDF]
28. Run-Wei Li, H. B. Wang, X. Wang, X. Z. Yu, Y. Matsui, Z.H. Cheng, B. G. Shen, E.W. Plummer, and J. Zhang, Anomalously large anisotropic magnetoresistance in a perovskite manganite, Proceeding of the National Academic Sciences (PNAS), 2009, vol. 106, no. 34, 14224–14229; [PDF]
29. Run-Wei Li*; AFM lithography and fabrication of multifunctional nanostructures with perovskite oxides; International Journal of Nanotechnology, invited review, Vol. 6, No. 12, 1067-1085, (2009);[PDF]
30. Run-Wei Li*; A. A. Belik, Z. H. Wang, and B. G. Shen, Magnetism, transport, and specific heat of electronically phase-separated Pr0.7Pb0.3MnO3 single crystals, J. Phys. Conden. Mater. 21, 076002, (2009); [PDF]
31. Run-Wei Li*, Hongjun Liu, J. H. G. Owen, Y. Wakayama, K. Miki, and H. W. Yeom; Al nanocluster arrays on Si(111)-7×7 surfaces: formation process and interactions among clusters; Phys. Rev. B. 76, 075418, (2007);[PDF]
32. Run-Wei Li*, J. H. G. Owen, S. Kusano, and K. Miki; Dynamic behavior and phase transition of magic Al clusters on Si (111)-7×7 surfaces; Appl. Phys. Lett. 89, 073116 (2006); [PDF]
33. C. Liu, R. W. Li, A. Belik, D. Golberg, Y. Bando, and H. M. Cheng; Magnetic nanocables – Silicon carbide sheathed with iron oxide doped amorphous silica; Appl. Phys. Lett. 88, 043105. (2006); [PDF]
34. Run-Wei Li*, Xin Zhou*, Alexei Belik, Jun-ichi Inoue, Kazushi Miki, and Bao-Gen Shen; Current effects and topology of metallic phase in single crystalline Pr0.7Pb0.3MnO3; J. Appl. Phys. 100, 113902 (2006).[Be selected into the Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology, volume 14, issue 25 (2006);[PDF]
35. Run-Wei Li*, Xin Zhou, Bao-Gen Shen, and Burkard Hillebrands; Process dependence of transport properties in phase-separated Pr0.7Pb0.3MnO3 single crystal; Phys. Rev. B. 71, 092407 (2005); [PDF]
36. Run-Wei Li, Teruo Kanki, Hide-Aki Tohyama, Motoyuki Hirooka, Hidekazu Tanaka, and Tomoji Kawai; Nanopatterning of perovskite manganite thin films by atomic force microscope lithography; Nanotechnology, 16, 28 (2005); [PDF]
37. Run-Wei Li, Teruo Kanki, Motoyuki Hirooka, Akihiko Takagi, Takuya Matsumoto, Hidekazu Tanaka, and Tomoji Kawai; Relaxation of Nanopatterns on Nb-doped SrTiO3 Surface; Appl. Phys. Lett. 84, 2670. (2004).[Be selected into the Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology, volume 9, issue 14 (2004)]; [PDF]
38. M. Hirooka, H. Tanaka, R. W. Li, and T. Kawai; Nanoscale modification of electrical and magnetic properties of Fe3O4 thin film by Atomic Force Microscopy lithography; Appl. Phys. Lett. 85, 1811 (2004).[Be selected into the Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology, volume 10, issue 13 (2004)]; [PDF]
39. T. Kanki, R. W. Li, Y. Naitoh, H. Tanaka, T. Matsumoto, and T. Kawai, Nano-scale characterization of the ultra thin (La,Ba)MnO3 film with room temperature ferromagnetism; Appl. Phys. Lett. 83, 1184 (2003);[PDF]
40. J. R. Sun., J. Gao, Y, Fei, R. W. Li, and B. G. Shen; Doping effects on the phase separation in perovskite La0.37-xBixCa0.33MnO3; Phys. Rev. B 67, 144414 (2003);[PDF]
41. Run-Wei Li*, Zhi-Hong Wang, Wei-Ning Wang, Ji-Rong Sun, Qing-An Li, Shao-Ying Zhang, Zhao-Hua Cheng, Bao-Gen Shen; and Ben-Xi Gu, Large low-field magnetoresistance of phase-separated single crystalline Pr0.7Pb0.3MnO3, Appl. Phys. Lett. 80, 3367 (2002); [PDF]
42. Run-Wei Li, Han Xiong, Ji-Rong Sun, Qing-An Li, Zhi-Hong Wang, Jian Zhang, and Bao-Gen Shen, Superparamagnetism and Transport Properties of Ultrafine La2/3Ca1/3MnO3 Powders; J. Phys. condensed matter, 13, 141-148 (2001); [PDF]
43. S. Y. Zhang, P. Zhao, Z. H. Cheng, R. W. Li, J. R. Sun, H. W. Zhang, and B. G. Shen, Magnetism and giant magnetoresistance of YMn6Sn6-xGax (x =0-1.8) compounds, Phys. Rev. B. 64, 212404(2001); [PDF]
研究项目
荣誉奖励
2002年获得院长奖学金优秀奖;
2008年入选中科院“百人计划”(2009年获得择优支持);
2008年入选浙江省“新世纪151人才计划”;
2010年荣获第二届上海分院杰出青年科技创新人才奖;
2010年入选浙江省“千人计划”;
2010年获得“亚洲磁学联盟青年学者奖”;
会员身份
中国电子学会应用磁学分会委员;
中科院青联委员;
浙江省海外高层次人才联谊会材料分会秘书长;



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发表于 2018-11-27 09:01:23 | 显示全部楼层

中科院宁波材料所Chemical Society Reviews:有机和杂化电阻开关材料和器件



过去几十年,当前的大数据时代见证了全球数字信息的惊人爆炸,在民防和航空航天业务、市场趋势分析和消费电子产品的巨大多样性中,数字信息体量巨大,速度呈指数级增长。到2020年,将产生超过40万亿千兆字节的数据,地球上的每个人将共享5200千兆字节。这引发了对一种新的“通用存储器”设备的强烈需求,该器件能够以高密度和非易失性存储能力高速运行,将动态随机存取存储器(DRAM)、硬盘驱动器(HDD)和闪存各自的优点结合到最新的信息存储层次结构中。另一方面,结合最近快速发展的物联网技术,存储设备也应该是柔性的,从而允许与人体皮肤的复杂曲线表面自由接触和共形变形,以提供可穿戴甚至可植入的个人保健和智能医疗设备。然而,传统的硅基半导体器件在数据保真度、热损耗和超大规模实施后的无法承受的制造成本方面遇到了严重的限制。因此,设计和物理实现替代信息存储设备,这些设备由新材料制成,运行在完全不同的机制上,对于学术界和工业界来说,这是满足未来微电子需求的当务之急。

柔性电阻开关存储器

柔性电阻开关存储器

大数据和物联网时代数字通信的爆炸性增长推动了通用存储器的发展,该存储器可以高速运行,具有高密度和非易失性存储能力,并为可穿戴应用展示了卓越的机械灵活性。在下一代信息存储技术的各种候选中,电阻式开关存储器以低功耗、出色的微型化、易于3D堆叠和高CMOS兼容性而脱颖而出,满足了高性能数据存储的关键要求。此外,采用有机和杂化开关介质,通过分子设计和合成策略,可以轻量化和灵活地集成具有可调器件性能的分子。近日,来自中科院宁波材料所刘钢研究员和李润伟研究员在Chemical Society Reviews上发表综述文章,题为:Organic and hybrid resistive switching materials and devices。在这篇综述中,作者对有机和杂化电阻开关材料和器件的最新进展进行了及时和全面的回顾,特别关注它们的电子调谐特性和柔性器件性能的设计原则。还讨论了有机和杂化电阻开关材料和柔性存储器件的发展带来的当前挑战及其未来前景。

经验法则描述了1970年代制造的第一台粗制家用电脑向1990年代尖端机器的革命性发展,以及21世纪高速互联网、智能手机和自动驾驶移动汽车的发明,摩尔定律精确预测了微电子工业在超过50年的性能导向发展。然而,在新千年到来后不久,器件尺寸发展受阻。当量子效应(如量子不确定性)占主导地位时,硅晶体管的尺寸不可能超过2–3纳米。存储电荷通过较薄的栅极绝缘体的严重泄漏也使得晶体管不可靠。当越来越多的电子元件被塞进同一个小面积的集成电路中,并且电子在分离的存储器和处理器之间的移动速度比以往任何时候都快时,微芯片上产生的大量热量会使手机过热。此外,光刻技术的重大改进会使最终产品更加复杂,价格也更高。 显然,最近初始化的低功耗记忆计算器件和神经形态范例可能会大大有助于解决摩尔定律限制和冯·诺依曼瓶问题。2016年,有18年历史的国际半导体技术路线图(ITRS)首次更名为国际器件和系统路线图(IRDS),希望将工业注意力从性能导向的创新转变为以应用为中心的革命。面对即将到来的物联网世纪,柔性、低功耗和多功能设备将成为定制消费电子产品的未来时尚。

电阻式开关存储器通常利用原子或离子来存储数字数据,它包含了一种全新的信息存储理念,这种理念以前由基于电荷的技术主导。这不仅可以克服量纲缩小过程中的量子不确定性和泄露问题,还可以通过多级切换甚至电导量化,作为通用存储器,用超快、超高密度和非易失性存储取代整个存储器层级。电阻开关存储器最近扩展到忆阻器的更广泛定义,然而这使得能够实现长时间的记忆中做梦计算算法,这为冯·诺依曼计算效率和功耗瓶颈提供了一个有希望的解决方案。在过去的几十年里,柔性有机电子器件取得了巨大的成就,从晶体管和光伏器件到发光二极管。像OLED、PLED和QLID电视这样的带有曲面屏幕的商业产品现在也可以在市场上买到。在这一成功过程中科研人员收集到的大量经验,包括高性能电活性材料的合理设计和合成及其潜在的电子过程,可以用于柔性电阻开关存储器的开发。特别是,OPV和OLED都致力于电子给体-受体(D-A)系统中自由电荷载流子的外部场诱导操纵(分离、迁移和复合)。基于这个想法,科研人员在早期展示了具有电荷转移机制的有机和聚合物电阻开关存储器,其中电场诱导的电子和空穴分离可以大大提高有机层内的电荷载流子浓度,从而提高存储器件的整体电导。然而,由于缺乏直接的物理证据来证实电荷转移状态可以持续数小时、数天甚至数年(OPV器件上的瞬态光谱测量通常显示CT复合体的寿命约μs ),人们越来越怀疑先前观察到的有机D-A系统中的电阻切换可能是人工影响的结果,例如化学活性金属电极的参与。因此,人们开始关注氧化还原反应、离子迁移等其他已建立的机制。这可以通过原位荧光、XPS和高分辨率TEM测量直接可视化。得益于对这些开关机制的深入理解,以及通过合理的分子设计和更清晰的结构-性能关系发现了新型功能材料,有机电阻开关存储器在小分子、聚合物、高分子生物材料和碳纳米材料的多种选择方面取得了快速进展。

  与无机存储器件相比,有机存储器件的稳定性容易受到环境湿度和氧气的影响。持续的电应力也会使有机器件快速疲劳。在实际使用之前,它们还有很长的路要走。有机和无机物种的杂化可以解决这个问题,其中金属-有机骨架和钙钛矿材料已经被证实能够在机械变形下表现出稳定的电阻切换特性。将这些二维杂化材料剥离到单层或几层的单晶可以进一步削弱样品厚度对应力传递的影响,从而显著提高其机械柔性和变形能力。通过分子设计,有机-无机杂化材料通过可变的配位键角度将固有的拉伸性甚至扭转稳定性与可调的电子结构相结合,这被证明是软存储器件的杰出候选材料。

在过去的半个世纪里,基于有机和杂化材料的新兴电子和光电子器件迅速发展,极大地改善了全世界人类的日常生活。相比之下,有机和杂化存储设备的发展至今没有得到足够的重视,也没有形成一套完整的学术体系。然而,这种情况赋予化学家、材料科学家和电气工程师在即将到来的人工智能时代中使用有机和杂化电子材料的无限可能性。

文献链接:Organic and hybrid resistive switching materials and devices, (Chemical Society Reviews, 2018, DOI: DOI: 10.1039/C8CS00614H)


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发表于 2019-2-21 09:23:39 | 显示全部楼层
有望用于未来弹性可穿戴器件的新型弹性阻变存储器



电致阻变效应的电阻型随机存储器(RRAM)因其具有非易失性、结构简单、低功耗、高密度、快速读写等优势,被认为是最具发展潜力的新兴存储技术之一。物联网技术的不断普及对可穿戴电子设备提出了使用更舒适、更适合人体皮肤延展性的要求。这意味着信息存储器、处理器以及传感器等电子设备的核心单元需要不断向柔弹性方向升级发展。因此,RRAM的柔性化和弹性化引起了科学界越来越多的关注。深入理解RRAM的机械和电学失效机制,对于实现其柔性化集成具有重要的意义。中国科学院宁波材料技术与工程研究所李润伟研究员带领的科研团队前期研究发现阻变介质以及导致电阻发生变化的纳米导电通道在拉伸应力作用下发生断裂是造成器件发生机械失效的根本原因。采用有机弹性高分子作为阻变介质,其在拉伸情况下分子链的转动及其环境水氧耐受性较差,所制备的阻变存储器在应变下的电学稳定性一般都差。

为了解决这一问题,李润伟研究员带领的科研团队进一步提出了采用有机-无机杂化的金属-有机框架(MOF)材料作为阻变介质构建RRAM器件,来同时提高柔性RRAM器件的存储性能、弹性机械性能和热稳定性。MOF材料是有机配体与金属离子或团簇通过配位键构建的有机-无机杂化的晶体框架材料。通过合理的选择有机和无机组成单元,MOF材料可通过配位键键角的改变以及框架结构的规则变化实现材料的形变(呼吸效应)。这一特性为阻变介质的柔弹性化提供了更大的空间。

阻变存储器

阻变存储器

基于MOF材料的阻变存储器在应变状态下的阻变性能

研究团队首先采用液态金属镓铟锡合金与聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体进行复合,利用液态金属在室温下优异的导电能力和流动性、以及PDMS良好的形变能力,获得了在拉伸形变达到100%的情况下仍能保持导电率基本不变(>1.3×103 S/cm,波动<5%)的LM-PDMS弹性导电衬底材料。然后,利用改进的液相外延法在LM-PDMS弹性导电衬底上制备了具有菱形孔洞结构、大孔隙率以及键角可调特征的柔性金属-有机框架MIL-53薄膜(理论最大形变值为17.7%)。通过电场驱动LM-PDMS导电衬底中的镓元素发生离化、注入以及还原,在MIL-53薄膜中形成了Ga成分的纳米导电细丝。由于MIL-53的大孔隙率和键角可调的特征使其菱形拓扑结构在拉伸情况下可以发生规则变化,进而减小了应变对局域导电通道的影响。而在MIL-53孔径中所形成的Ga导电细丝的柔性特征也可以随之发生形变而不断裂,因此所制备的阻变存储单元具有良好的机械和电学性能。Ag/MIL-53/LM-PDMS在0到10%的动态拉伸形变范围内具有稳定的阻变特性,时间保持性可超过104 s。这一研究结果对开发用于未来弹性可穿戴设备的弹性阻变存储器有重要参考意义。相关论文在线发表在Advanced Electronic Materials(DOI:10.1002/aelm.201800655)。



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2019年自然科学基金重点项目-柔性自旋阀磁传感材料及相关物理问题研究
批准号        51931011        学科分类        金属光、电、磁功能材料 ( E010501 )
项目负责人        李润伟       
依托单位        中国科学院宁波材料技术与工程研究所
资助金额        302.00万元       
项目类别        重点项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2024 年 12 月 31 日

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