金属所Advanced Materials：柔性碳纳米管传感存储一体化器件

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电荷耦合器件（CCD）与电荷存储器件（Memory）作为现代电子系统中两个独立分支分别沿着各自的路径发展，同时具备光电传感和存储功能的原型器件尚未见报道。近日，金属所沈阳材料科学国家研究中心科研人员与国内多家单位合作，在《先进材料》（Advanced Materials）在线发表题为“柔性碳纳米管传感-存储器件 （A flexible carbon nanotube sen-memory device）”的研究论文。

　　科研人员提出了一种基于铝纳米晶浮栅的碳纳米管非易失性存储器，具有高的电流开关比、长达10年的存储时间以及稳定的读写操作，多个分立的铝纳米晶浮栅器件具有稳定的柔性使役性能。更重要的是，电荷在氧化生成的AlOx层中的隧穿机制由福勒-诺德海姆隧穿变成直接隧穿，从而实现光电信号的传感与检测；基于理论计算分析与实验优化设计，制备出32×32像素的非易失性柔性紫外光面阵器件，首次实现了光学图像的传感与图像存储，为新型柔性光检测与存储器件的研制奠定了基础。
　　科研人员采用半导体性碳纳米管薄膜为沟道材料，利用均匀离散分布的铝纳米晶/氧化铝一体化结构作为浮栅层与隧穿层，获得高性能柔性碳纳米管浮栅存储器，实现在0.4%弯曲应变下器件读写与擦除之间的电流开关比高于105，存储稳定性超过108s。同时，较薄氧化铝隧穿层可使在擦除态“囚禁”于铝纳米晶浮栅中的载流子在获得高于铝功函数的光照能量时，通过直接隧穿方式重新返回沟道之中，使闭态电流获得明显的提升，完成光电信号的直接转换与传输，实现集图像传感与信息存储于一身的新型多功能光电传感与存储系统。
　　该项研究工作由中科院金属所孙东明和曲庭玉提出设计构思，在中科院苏州纳米所邱松、李清文研究员、吉林大学王伟教授以及中科院金属所的科研人员共同合作下完成。曲庭玉与孙陨开展了器件制备、电学测量和数据分析工作，陈茂林进行了电子束曝光等器件工艺研究，邱松、李清文合成了半导体性碳纳米管溶液，刘志博进行了样品的透射电镜表征，谭军开展了聚焦离子束等样品加工。所有作者共同参与了数据分析讨论及论文撰写工作。曲庭玉、孙陨、陈茂林为共同第一作者，邱松、韩拯、成会明、孙东明为共同通讯作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院、金属研究所、沈阳材料科学国家研究中心、青年##计划和国家重点研发计划等项目资助。
      
      韩拯，研究员，中国科学院金属研究所博导。中组部第11批‘青年##’。2007年7月毕业于吉林大学物理学院核物理专业，获理学学士学位。2010年10月至2013年在法国NEEL研究所获得纳米电子学与纳米科技博士学位。随后作为博士后在美国哥伦比亚大学物理系从事范德华人工异质结构的纳电子器件量子霍尔效应和电子光学等物理性能研究。2015年9月至今，在中国科学学院金属研究所开展新型人工纳米器件的量子输运调控研究工作。目前已在Science、Nature Physics、Nature Materials、Nature Communications等杂志共发表SCI论文30余篇，美国授权专利1项。担任Phys. Rev. Lett.、Nano Lett.、Nanotechnology等多家杂志审稿人。
       孙东明，男，1978年12月生，中国科学院金属研究所研究员、纳米碳基电子器件创新课题组组长，中组部“青年##计划”入选者，国家优秀青年科学基金获得者。2001年毕业于吉林大学电子材料与元器件专业，2006年获得吉林大学微电子学与固体电子学博士学位，2006-2012年在日本东京工业大学和名古屋大学工作。2012年，在中科院金属所先进炭材料研究工作。主要从事碳纳米管/石墨烯基柔性薄膜晶体管器件、微机电系统/压电超声波马达、印刷电子器件领域的研究。提出了气相过滤转移技术制备柔性碳纳米管薄膜晶体管电路的方法，大幅度提高了碳纳米管晶体管器件的性能，并率先实现了碳纳米管时序逻辑集成电路；提出了全碳薄膜晶体管器件的设计思路，首次制备出可塑全碳晶体管电路。
       成会明，炭材料科学家。中国科学院金属研究所研究员。1963年10月生于四川省巴中市，籍贯四川省蓬安县。1984年毕业于湖南大学化工系，1987年、1992年在中科院金属研究所获硕士和博士学位。主要从事先进炭材料的研究。提出了浮动催化剂化学气相沉积、非金属催化剂化学气相沉积制备碳纳米管等方法，促进了碳纳米管的研究与应用。提出了模板导向化学气相沉积等方法，制备出石墨烯三维网络结构材料、毫米级单晶石墨烯，发展了石墨烯材料的宏量制备技术。提出了可高效储能的层次孔材料设计和电化学电位调控的思路，制备出一系列新型能量转化与储存材料。研制出块体各向同性热解石墨材料，批量应用于多项重点工程。曾获国家自然科学二等奖、国防科技进步二等奖、何梁何利科学与技术进步奖、美国碳学会Charles E. Pettinos奖等。
       邱松，中科院苏州纳米所先进材料部项目研究员。2000年毕业于吉林大学化学系，2005年于吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室获得高分子化学与物理博士学位。2005-2008年于德国wuppertal大学进行博士后研究。2010年加入中国科学院苏州纳米所，主要从事有机半导体材料和碳纳米材料的制备及器件方面的研究，已发表学术期刊论文30余篇，专著2部。