溶液法制备石墨烯-MoSe2复合材料及其在低阈值非易失性存储器中的应用研究

针对二维材料在存储器应用中界面调控难题，研究人员通过溶液法合成石墨烯-MoSe2(Gr-MoSe2)复合结构，证实其具有≤1V低阈值电压和≥104开关比的非易失性阻变特性，揭示了肖特基势垒调控机制，为下一代低功耗存储器开发提供新思路。

　　

在电子器件微型化与低功耗需求日益迫切的背景下，二维材料因其独特物理性质成为研究热点。然而，石墨烯的零带隙特性限制了其在电子器件中的应用，而过渡金属二硫族化合物(TMDCs)如MoSe₂虽具可调带隙，但单独使用时存在界面接触电阻高、稳定性差等问题。针对这一矛盾，西多-坎霍-比尔沙大学与贾达普大学联合团队在《Surfaces and Interfaces》发表研究，通过创新性溶液法构建石墨烯-MoSe₂复合体系，成功实现高性能阻变存储器件开发。

研究采用水热法合成MoSe₂纳米花，结合化学气相沉积(CVD)制备石墨烯，通过溶液混合工艺形成三明治结构复合材料。利用XRD、TEM、AFM等多尺度表征技术证实材料均匀性，基于ITO/Al电极构建金属-绝缘体-金属(MIM)器件测试电学性能。

【结构表征】XRD显示26.9°处石墨烯(002)晶面峰与MoSe₂特征峰共存，拉曼光谱D/G峰强度比0.12表明材料缺陷率极低。TEM证实MoSe₂纳米花均匀分布在石墨烯层间，AFM显示表面粗糙度仅1.2nm。

【电学性能】器件展现双极型阻变特性，开关比达10⁴，SET/RESET电压低至0.5V，循环稳定性超过100次。相比纯MoSe₂器件，复合材料的开关电压降低60%。

【机制分析】通过能带结构测算，发现外加电场可调制石墨烯-MoSe₂界面肖特基势垒高度（变化幅度达0.3eV），这种界面主导的电荷输运机制显著优于传统电荷俘获机制。

该研究突破性地解决了二维材料异质结界面的能带工程难题，提出的溶液法工艺兼容大面积集成制造。器件性能参数显著优于已报道的MoS₂基存储器（开关比提高2个数量级），为开发柔性电子和神经形态计算器件提供了新材料体系。作者团队特别指出，该技术路线可通过替换不同TMDCs材料（如WS₂、WSe₂）进一步拓展应用场景。