深圳先进院在飞秒激光微纳加工技术和忆阻器研究方面取得重要进展

2019-06-04

5月28日，中国科学院深圳先进技术研究院材料所光子信息与能源材料研究中心助理研究员戴阳等人在飞秒激光微纳加工技术和忆阻器研究方面取得重要进展。该研究利用飞秒激光成功制备了纳米级宽度的锗锑碲（Ge2Sb2Te5）并首次在该纳米带
结构中实现了忆阻器件的阻变功能，其开关比可达7000以上。相关成果以Ge2Sb2Te5 nanobelts by femtosecond laser direct writing for resistive switching devices（利用飞秒激光直写技术制备基于Ge2Sb2Te5纳米带结构的阻变器件）为题发表在权威期
刊Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures （《物理学E，低维系统和纳米结构》， 2019， DOI: 10.1016/j.physe.2019.113577）上。
Ge2Sb2Te5属于典型的硫系化合物相变材料，因其结构易受光电调控而广泛应用于光存储及电存储领域。近年来因其在晶态和非晶态均表现出良好的阻变特性，因而在多值存储领域展现出极大的应用优势。然而，目前的研究多集中于二维三明治结
构的器件，不利于与其他器件的集成，且对器件机理的直接观测与表征也存在困难。针对以上问题，材料所光子信息与能源材料研究中心团队结合自身平台优势，利用飞秒激光的精确加工能力制备了一维Ge2Sb2Te5纳米带结构。通过在该一维纳米结构
两端引入活泼金属Ag，在外加电场作用下成功建立了可实现阻变现象的导电沟道。相比于传统薄膜，一维结构有助于提高阻变器件的开关比等关键参数。以上结果有助于进一步研究阐明Ge2Sb2Te5中的阻变现象的导电机制，并推动忆阻器与晶体管等现
代电路中常用器件的集成与应用。
该研究得到国家自然科学基金委及其联合基金和深圳市基础研究布局等项目的资助支持。

图1：左：飞秒激光制备一维纳米Ge2Sb2Te5的步骤示意图；右：器件的阻变现象测试结果。图中数字代表电流-电压循环次数。图中展示了金属导电通道在高阻态和低阻态的变化情况。