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摘要

记忆晶体管是结合了忆阻器和场效应晶体管特点的多端口器件. 二维过渡金属硫化物拥有独特的电子结构和性质, 在电子器件、能源转化、存储器等领域都有广泛的应用. 本文以二维金属硫化物为基础, 制备了ReSe ₂/WSe ₂双p型的范德瓦耳斯异质结记忆晶体管, 探究其在电控、光控以及光电协控下的阻变特性变化. 结果表明: 栅压是调控记忆晶体管性能的重要手段, 可有效地调控开关比在10 ¹—10 ⁵之间变化; 不同波长光照或者光功率密度的变化可以实现记忆晶体管高低阻态和开关比的调控; 而且, 光电协控也可使器件开关比在10 ²—10 ⁵范围内变化, 并分析了不同调控条件下器件阻态变化的原因. 此外, 在经历了225次循环和1.9 × 10 ⁴s时间后, ReSe ₂/WSe ₂异质结构记忆晶体管仍能保持接近10 ⁴的开关比, 表明器件有良好的稳定性和耐久性, 将是一种很有发展潜力的下一代非易失性存储器.

关键词:

Abstract

Memtransistor is a multiterminal device combining the concepts of memristor and field-effect transistor. Two-dimensional transition metal sulfides have unique electronic structure and properties, and they are widely used in electronic devices, energy conversions, memories and other fields. In this work, a two-dimensional ReSe ₂/WSe ₂heterostructure memtransistor is prepared, then the resistive switching characteristics under the electrical modulation, optical modulation, and electric-optical dual gate control are discussed. The results show that the gate control is an effective modulation method, which can change the on/off ratio of the device from 10 ¹to 10 ⁵. Then, the resistance and on/off ratio of the memtransistor can be controlled by changing the light wavelength and the illumination power. Moreover, the switching ratio of the device can also be changed in a range of 10 ²–10 ⁵by electric and light dual-gate control, and the reasons for the change of resistance states of the device under different modulation conditions are analyzed. Furthermore, after 225 cycles and 1.9 × 10 ⁴s, the ReSe ₂/WSe ₂heterostructure memtransistor still maintains a switch ratio close to 10 ⁴, indicating the good stability and durability of the device. It demonstrates that the ReSe ₂/WSe ₂memtransistor will be one of potential candidates for the next- generation nonvolatile memory applications.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:陈凤翔,phonixchen79@whut.edu.cn; 汪礼胜,wang_lesson@whut.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 51702245)、国家重点研发计划(批准号: 2018YFE0111500, 2019YFA0704900)、材料合成与加工先进技术国家重点实验室开放基金(武汉理工大学)(批准号: 2021-KF-16)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: WUT2021III065JC)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author:Chen Feng-Xiang,phonixchen79@whut.edu.cn; Wang Li-Sheng,wang_lesson@whut.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51702245), the National Key Research and Development Program of China (Grant Nos. 2018YFE0111500, 2019YFA0704900), the Open Fund Project of State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing (Wuhan University of Technology), China (Grant No. 2021-KF-16), and the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China (Grant No. WUT2021III065JC)

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	栅压V_g/V
	0	1	10	20	25
HRS阻值/Ω	6.31 × 10¹¹	4.36 × 10¹¹	1.20 × 10¹⁰	8.75 × 10⁸	5.26 × 10⁸
LRS阻值/Ω	2.37 × 10⁶	4.31 × 10⁶	5.59 × 10⁶	9.66 × 10⁶	1.12 × 10⁷
开关比	2.66 × 10⁵	1.01 × 10⁵	2.14 × 10³	9.06 × 10¹	4.70 × 10¹

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