界面工程化聚合物纳米复合RRAM：增强开关可靠性及性能的新策略

本综述系统探讨了利用对苯二酚修饰的PEDOT:PSS界面缓冲层优化聚合物纳米复合RRAM性能的创新研究。通过电化学阻抗谱(EIS)分析证实，该策略显著抑制陷阱辅助电荷复合，使器件获得高达104的开关比(ON/OFF ratio)和0.01的数据分散方差(VDD)，为高性能非易失性存储器设计提供了重要参考。

　　

Highlight

通过引入对苯二酚修饰的PEDOT:PSS（HQ-PEDOT:PSS）界面缓冲层，本研究成功实现了聚合物纳米复合电阻式随机存取存储器（NC-RRAM）界面特性的革命性优化。电化学阻抗谱（EIS）分析揭示了该缓冲层在抑制陷阱辅助电荷复合和提升界面电荷传输效率方面的卓越能力，最终使器件获得高达10⁴的开关比和仅0.01的数据分散方差（VDD），显著超越了传统PEDOT:PSS或无缓冲层器件的性能表现。

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Preparation of materials

将聚乙烯醇（PVA, 1.88 g，分子量约105,720 g/mol，水解度99%，Kuraray Poval）粉末加入7.5 mL去离子水中，在70°C下以300 rpm转速搅拌30分钟，制备2.5 wt% PVA溶液。随后，将购买的氧化铜纳米颗粒（CuO NPs，球形，平均直径约70 nm，20 wt%水分散液，韩国纳米材料公司）与2.5 mL乙醇（99.5%，SAMCHUN）混合并超声处理1小时，制备CuO NP溶液。

Effect of CuO NP concentrations

在制备NC-RRAM器件前，通过原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）对CuO:PVA纳米复合薄膜（TFs）进行表征以确定最佳CuO NP浓度。PVA浓度固定为2.5 wt%，基于旋涂过程中溶液粘度和薄膜均匀性考量。图1的AFM图像展示了不同NP浓度下NC TFs的表面形态和NP分散行为。如图1(a)所示，纯PVA TF（无CuO NPs）呈现光滑表面（均方根粗糙度R_q = 0.51 nm），而加入CuO NPs后，表面粗糙度随NP浓度增加而显著上升。当CuO浓度达到0.5 wt%时，NPs出现明显团聚（图1(d)），导致薄膜均匀性下降。XRD分析（图1(f)）显示，所有NC TFs均在2θ = 35.5°和38.7°处出现CuO特征衍射峰，证实NPs成功嵌入聚合物基质。

Conclusion

本研究深入探讨了基于CuO NP嵌入PVA纳米复合层的NC-RRAM器件的电荷传输特性与开关性能。虽然嵌入的CuO NPs通过高效电荷俘获/脱俘获机制增强了双极电阻开关行为，但纳米复合层内的高缺陷密度严重影响了器件可靠性。为解决该局限性，我们在NC层与ITO电极间引入了HQ-PEDOT:PSS界面缓冲层，其通过优化界面电荷动力学显著提升了器件性能与稳定性。该策略为开发高性能柔性存储器提供了重要技术路径。