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摘要

CuInS ₂量子点 (quantum dots, QDs)具有宽尺寸调节范围 (2—20 nm)、丰富的电子俘获位点、高光吸收系数、较高的载流子迁移率和制备工艺简单等优势, 可应用于下一代非易失性存储器, 但其开关电压(–4.5/4.5 V)和阻变开关比 (10 ³)还达不到实际使用要求. 本文引入铌掺杂锆钛酸铅 (Nb:Pb(Zr _0.52Ti _0.48)O ₃, PNZT)制备CuInS ₂QDs/PNZT复合薄膜, 发现PNZT的引入可以明显改善QDs的阻变性能, 开关电压降至–4.1/3.4 V, 阻变开关比提升至10 ⁶, 在10 ³次的循环耐久性测试中始终保持良好的稳定性. 切换PNZT薄膜的铁电极化方向可以改变CuInS ₂QDs/PNZT复合薄膜界面势垒高度和耗尽区宽度, 以此调控CuInS ₂QDs/PNZT复合薄膜的阻变性能.

关键词:

Abstract

As a new type of non-volatile memory, quantum dot resistive random access memory (RRAM) has attracted much attention for its easy preparation, fast responding time, high storage density, and smaller device size. CuInS ₂quantum dot (CuInS ₂QD) is a kind of excellent resistive functional material with abundant electron capture sites, high optical absorption coefficient, and high carrier mobility. In this work, CuInS ₂QDs/Nb:Pb (Zr _0.52Ti _0.48)O ₃(PNZT) films are prepared by spin-coating CuInS ₂QDs on PNZT films. The results show that the resistive properties of CuInS ₂QDs RRAMs can be effectively improved by introducing PNZT films and can be controlled by changing the polarization direction. The CuInS ₂QDs/PNZT film in the negative polarization state promotes the interfacial electrons to enter into the PNZT film, which will reduce the height of the interfacial barrier and the thickness of the interfacial depletion region. And it will reduce the resistance of the composite film at the low resistance state (LRS). Compared with the switching voltage and resistive switching ratio of the pure CuInS ₂QDs film (10 ³), the switching voltage of the device decreases to –4.1/3.4 V and the resistive switching ratio increases to 10 ⁶. Furthermore, it maintains good stability in the 10 ³cycle durability test. In contrast, the CuInS ₂QDs/PNZT film interface has a larger barrier height and depletion-layer thickness when the PNZT is in the positive polarization state, which increases the resistance of the composite film in the LRS state. As a result, the switching voltage of the device increases to –6.4/5.7 V with a resistive switching ratio of 10 ⁴. The resistive properties of the CuInS ₂QDs/PNZT film can be tuned by changing the polarization direction, as the polarization direction of the PNZT changes the interfacial energy band structure and affects the conduction mechanism. This work reveals the feasibility of using ferroelectric thin films to improve the resistive properties of quantum dots RRAMs and thus providing an approach to further developing RRAMs.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:周静,zhoujing@whut.edu.cn

基金项目:湖北省重点研发计划(批准号: 2021BAA214)和武汉理工大学三亚科教园开放基金 (批准号: 2020KF0026, 2021KF0013)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author:Zhou Jing,zhoujing@whut.edu.cn

Funds:Project supported by the Key Research and Development Project of Hubei Province, China (Grant No. 2021BAA214) and the Sanya Science and Education Innovation Park of Wuhan University of Technology, China (Grant Nos. 2020KF0026, 2021KF0013).

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施引文献

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测试单元	工作电压/V	阻变开关比
CuInS₂QDs RRAM	–4.5/4.5	3.4×10³
无极化PNZT/CuInS₂QDs RRAM	–5.6/5.0	1.7×10⁵
正向极化PNZT/CuInS₂QDs RRAM	–6.4/5.7	1.8×10⁴
负向极化PNZT/CuInS₂QDs RRAM	–4.1/3.4	4.8×10⁶

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