Nanoscale:基于各向異性ReS2的多位閃存設計

區別于硅基場效應管縮放技術，硅基存儲器很早停止了器件物理尺寸的縮小。例如，動態隨機存取存儲器（DRAM），采用DRAM芯片堆棧方式來提高存儲器容量；另外，非易失性存儲器件的主流-閃存(Flash memory)也停止了平面物理尺寸的縮放。未來閃存器件通過類似于高層建筑的方式在三維空間中構建多層存儲單元來實現高容量存儲。然而，DRAM芯片堆棧和多層閃存工藝復雜且昂貴，大大制約了存儲器的發展。因此，半導體器件研究領域亟待尋找新的半導體材料和物理輸運機制研發設計高容量存儲器件來突破硅基存儲器件的限制。

基于二維材料異質結構的浮柵閃存，憑借著其原子薄的結構和出色的電荷傳輸能力，成為下一代閃存的理想選擇，具有小型化，高存儲容量，切換速度快和低功耗等特點。近日，天津大學胡曉東、劉晶團隊報告了一種基于ReS2?/氮化硼/石墨烯異質結構的非易失性浮柵存儲器，其特點如下：(1) 柵極電壓從-60 V掃描到+60 V時，其遲滯窗口超過100 V;(2)編程狀態和擦除狀態之間的電流比超過10⁸ 且開關速度在1μs以內；(3)ReS2閃存表現了優異的耐久性和記憶力(4)更重要的是，利用ReS₂各向異性的電學特性，在單個ReS₂薄片可以實現晶向相關的多態數據存儲，提高了存儲器存儲容量。基于這些特征，?ReS₂閃存器件有望服務于計算機整個內存層次結構。

本文參考文獻：?Enxiu Wu, Yuan Xie, Shijie Wang, Daihua Zhang, Xiaodong Hu, Jing Liu. Multiple-level Flash Memory Based on Stacked Anisotropic ReS2-Boron Nitride-Graphene Heterostructures. Nanoscale, 2020, DOI: 10.1039/D0NR03965A.

圖文導讀

圖1：ReS₂器件結構及其各向異性電學性能表征

圖2： b軸晶向上ReS₂存儲器性能表征

圖3：晶向相關的ReS₂多位閃存設計?

通訊作者及團隊介紹

胡曉東

天津大學教授。主持國家自然科學基金項目2項，國家973計劃課題1項，國家863計劃子項目3項，省部級重點項目2項，作為主要參與人完成國家和省部級項目10余項；近年在Science Advances，ACS NANO等國際頂級期刊上來發表學術論文100余篇；已授權發明專利10項，撰寫了2項國家標準.

劉晶

2013年11月至今任天津大學精密儀器與光電子工程學院副教授，2006年與2008年分別獲得華中科技大學光信息與技術專業學士和碩士學位，2012年12月獲得于美國密歇根大學生物醫學工程系博士學位。2014年入選天津市第十批青年千人項目，榮獲天津大學北洋青年學者骨干教師稱號。主要研究方向包括納米材料器件物理、納米材料傳感器，以及它們在柔性傳感、光電檢測和臨床醫療等領域的應用。2009年至今，在Science Advances，ACS NANO等國際期刊上發表SCI論文40篇，平均影響因子8.73，總引用800余次，h指數15。多次受邀參加國內外學術會議并做大會報告。承擔國家自然科學性基金和國家重點研發計劃等項目。

武恩秀

天津大學在讀博士。目前以第一作者、共同第一作者，通訊作者發表SCI論文13篇。主要研究方向為二維納米半導體器件輸運特性及其先進電子器件應用，包括氣體傳感器、光電探測器、多值反相器、倍頻器，多態閃存。受邀Nature Electronics、ACS NANO、Nano-Micro Letter、Applied Physics Letters等國際知名期刊的審稿人。

本文由作者團隊供稿。