《AM》 溶液處理可拉伸Ag2S半導(dǎo)體薄膜，用于可穿戴式自供電非易失性存儲器

非金非土非木

關(guān)注 2021年5月6日 14:50

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【科研摘要】

與可塑性金屬和有機材料中觀察到的大塑性變形相比，無機半導(dǎo)體由于其固有的鍵合特性而具有有限的可塑性（ <0.2％），從而限制了其在可拉伸電子產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用。最近，蔚山國立科學(xué)技術(shù)學(xué)院Ju‐Young Kim，Moon Kee Choi 和Jae Sung Son教授團隊報道了韌性α-Ag₂S薄膜的固溶處理合成以及全無機，自供電和可拉伸存儲設(shè)備的制造。分子Ag₂S復(fù)雜溶液是通過化學(xué)還原Ag₂S粉末，制造晶圓級高度結(jié)晶的Ag₂S薄膜而合成的。薄膜由于其固有的延展性而顯示出可拉伸性，從而在14.9％的拉伸應(yīng)變下保持了結(jié)構(gòu)完整性。

此外， 基于Ag ₂ S的電阻式隨機存取存儲器具有出色的雙極開關(guān)特性（離子/Ioff比約為10 ⁵ ，操 作耐力 100個循環(huán)，保持時間大于10 ⁶ s）以及出色的機械拉伸性（性能不會降低）達到52％的可拉伸性）。同時，該器件在多種化學(xué)環(huán)境和 ? 196至300°C的溫度下具有極高的耐用性，尤其是在85％的相對濕度和85°C的溫度下保持168小時的性能。 演示了將自供電存儲器與運動傳感器結(jié)合使用，以用作可穿戴式醫(yī)療保健監(jiān)視系統(tǒng)，為設(shè)計可在現(xiàn)實環(huán)境中日常生活中使用的高性能可穿戴電子設(shè)備提供了潛力。 相關(guān)論文以題為 Solution‐Processed Stretchable Ag ₂ S Semiconductor Thin Films for Wearable Self‐Powered Nonvolatile Memory 發(fā)表在《 A dvanced Materials 》上。

【主圖導(dǎo)讀】

圖1 Ag ₂ S薄膜的固溶處理制造。 a）通過溶液法制造Ag2S薄膜的示意圖。b）在4英寸晶圓上制造的Ag ₂ S薄膜的照片。c）合成和純化的Ag ₂ S溶液的紫外可見吸收光譜。d）SEM圖像。e）Ag ₂ S薄膜的XRD圖譜。垂直線表示塊狀A(yù)g2S晶體（JCPDS 00-014-0072）的XRD圖案。

圖2 Ag ₂ S薄膜的機械性能。 a）硬度與通過納米壓痕測量的壓痕深度的關(guān)系。b）拉伸測試的示意圖和初始狀態(tài)下Ag ₂ S薄膜的典型可見光顯微鏡圖像（對紅色正方形進行了可拉伸性分析）。c）拉伸后的Ag ₂ S薄膜的可見光顯微鏡圖像，拉伸應(yīng)變?yōu)?4.1％。

圖3 基于 Ag ₂ S的RRAM的電阻切換特性。 a）Al/Ag ₂ S/Ag存儲單元的I–V特性。b）LRS處的Al/Ag ₂ S/Ag記憶細胞的C-AFM圖像。c）Al/Ag ₂ S/Ag存儲單元的保留時間和d）耐久周期。e）在4英寸晶圓上制造的基于Ag ₂ S的RRAM的照片。f）Ag ₂ S層的SEM圖像。g）中標記的2、4、6和8。h）在85°C/85％相對濕度下的加速應(yīng)力測試。i）基于Ag ₂ S的RRAM的熱穩(wěn)定性和j）化學(xué)穩(wěn)定性。

圖4 基于 Ag ₂ S薄膜的可拉伸RRAM。 a）基于Ag ₂ S的可拉伸RRAM的離子聚焦（FIB）橫截面示意圖。b）顯示皺紋（0％應(yīng)變）和完全拉伸狀態(tài)（52％應(yīng)變）下的可拉伸RRAM的照片。c）在可拉伸RRAM處形成皺紋的3D FEA模擬結(jié)果。d）Ag ₂ S薄膜的曲率半徑取決于基材的釋放預(yù)應(yīng)變。e）對可拉伸RRAM的起皺和拉伸表面進行3D表面掃描（1.28 mm×1.28 mm）。f–h）在彎曲半徑為1.9 mm（f）的1000個彎曲循環(huán)中的離子和Ioff分布，從0％到52％（g）的拉伸應(yīng)變，在30％（h）的 拉伸應(yīng)變中的 1000個拉伸循環(huán) 。

圖5 可穿戴式，自供電的基于 Ag2S薄膜的RRAM，用于醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)。 a）顯示基于Ag ₂ S的柔性/可拉伸RRAM系統(tǒng)的示意圖和照片。b）示意圖，顯示面板的相應(yīng)設(shè)備組成。c）來自摩擦電傳感器的開路電壓，以及d）在三種不同的測量條件（行走，震顫和跌落）下電容器中的充電電壓。e）照片顯示具有4×4像素的自供電Ag ₂ S RRAM系統(tǒng)單元矩陣。f）示意圖，顯示了細胞基質(zhì)的相應(yīng)器件組成。g）沿字母“ N”的路徑施加機械壓力后的相關(guān)電流映射。h）字母“ N”的施加機械壓力路 徑的圖示。

參考文獻 ： doi.org/10.1002/adma.202100066

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