宁波材料所在碳基电子学器件研究中取得进展

忆阻器是除电阻器、电容器、电感器之外的第四种基本无源电子器件。忆阻器有着很简单的金属/介质层/金属三明治结构，集成度高，可以用于新型高密度电阻型存储器。忆阻器具有电阻的量纲，但有着不同于普通电阻的非线性电学性质，其阻值会随着流经电荷量而发生改变，并且能够在电流断开时保持之前的阻值状态，即具有记忆功能。忆阻器的这些特性与生物大脑中神经突触的工作原理及结构有着高度相似性，因此在新型神经突触仿生电子器件领域引起了广泛的关注。

近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件研究团队的陈浩、李俊在研究员诸葛飞的指导下，采用自组装方法制备了具有锥形纳米孔洞结构的非晶碳薄膜材料，在此基础上，制备了无需电形成过程的忆阻器件。如图1所示，在金属电极的沉积过程中，金属会填充纳米孔洞，在非晶碳薄膜中自然形成纳米尺寸导电细丝，因此，该忆阻器件有效避免了电压较大的电形成过程。进一步研究发现，孔洞中纳米金属丝表现出单晶结构（图2），而文献报道的通过电形成过程生成的金属导电细丝都是连续或者不连续的多晶结构。基于单晶金属导电丝的碳基忆阻器件表现出优良的高温时间保持特性，并且实现了多个电阻态的可控调制，这些电阻态可以用来模拟神经突触的不同强度，因此，该器件在新型神经突触仿生电子学领域具备应用潜力。研究结果申请发明专利两项（201310445981.6和201310446932.4），并且发表在Carbon（76，459-463，2014）和Applied Physics Letters（106,083104,2015）。

相关研究得到国家自然科学基金（51272261和61474127）和“973”课题（2012CB933003）的资助。

纳米尺寸导电细丝形成示意图

纳米金属丝单晶结构示意图

来源：宁波材料技术与工程研究所