新型低维铁电材料及其器件

低维铁电薄膜是一种得到广泛研究的铁电存储器的核心材料,其利用自发极化这一本征特性来实现信息存储铁电材料的极化方向在外加电场作用下以超快速度进行切换,切换后的电畴具有保持特性利用该原理的新型存储技术可以实现高速、低功耗、非破坏性读取以及超高密度存储传统铁电材料受到临界尺寸限制,即随厚度减薄到极限尺寸后材料失去铁电特性,为此发展了大量的新型二维铁电薄膜,突破了以上临界尺寸的限制,为未来集成通用存储器带来了希望该文综述了铁电材料相关背景及研究理论;报道了低维铁电钙钛矿薄膜畴壁电流相关研究以及基于第一性原理的二维铁电材料理论研究和实验论证;阐述了基于这些新型低维铁电材料的铁电畴壁存储器,基于氧化铪的铁电场效应晶体管,以及铁电二极管的工作原理;总结了低维铁电材料及其器件这一崭新领域目前所面临的挑战,以及对未来进行了展望     

二维铁电材料的理论研究进展

对铁电材料的性质和应用的研究已成为材料科学和凝聚态物理领域热门的研究课题之一搜寻和设计结构稳定性好、居里温度高的二维铁电材料可以克服传统钙钛矿型铁电材料在尺度降低时电极化退化的缺点,有利于在技术上实现铁电元器件的小型化、集成化由于实验上制备出来的二维铁电材料比较少,本文重点介绍以第一性原理计算方法为主要手段在二维铁电材料方面取得的最新理论研究成果首先介绍近年来预测的面内极化型和垂直极化型的二维本征铁电材料然后介绍理论上提出的在二维材料中引入铁电性或者增强铁电稳定性的各种方法,包括表面吸附、插层原子、外加应变、电场和选择合适的衬底等最后对二维铁电材料理论研究中存在的问题和未来的研究方向进行讨论     

新型低维铁电材料研究进展

能够通过外部电场来调控极化的铁电材料可用于非易失性存储器、场效应晶体管和传感器等领域为了提高器件集成效率与性能,器件的小型化日趋重要,因此铁电薄膜的制备获得了广大学者的关注但是,对于传统铁电薄膜,尺寸效应和表面效应的存在抑制了其发展2004年石墨烯的发现预示着维度降低会引发一些不同于块材的新的特性从此,石墨烯逐步引领大家走向二维材料的世界,掀起了二维铁电材料的研究热潮二维铁电发展至今,已经涌现出了不少既被理论预言又被实验验证的体系,如范德瓦尔斯层状材料、铁电金属、传统低维或表面铁电薄膜、（共价）功能化铁电材料等一系列各具特色的新型铁电材料该文先介绍了铁电物理中的一些最基本的概念、研究理论以及研究方法,然后综述了低维铁电材料在近年来的发展,最后对该领域今后的发展进行了展望     

铪基铁电薄膜及其隧道结存储器件研究

在信息技术高度发达的今天,传统的信息存储技术正面临着诸多挑战,铁电隧道结等新兴存储器受到了越来越广泛的关注基于氧化铪材料的铁电隧道结存储器具有读写快、能耗低、与传统CMOS工艺兼容等优势该文制备了两种底电极的铪锆氧铁电隧道结,测试其铁电特性和存储性能其中采用铂为底电极的铪锆氧铁电隧道结不仅有较高的剩余极化强度和优秀的疲劳特性,并且在编程速度和响应时间上优于传统的铁电材料,展现出良好的应用前景     

二维多铁中的磁电耦合

单相多铁目前离实际应用还相当遥远：I类多铁基本没有磁电耦合;II类多铁虽然拥有较强磁电耦合,但极化强度低,居里温度远低于室温近十年来二维范德华材料的相关研究有了长足的发展,而二维铁电和二维多铁的相关报道也在近年开始陆续涌现该文回顾了近期关于二维多铁的一系列研究理论预测表明,二维材料中的多铁存在形式似乎更加丰富二维材料中也存在I类和II类多铁,还有不属于两者其中任何一类的一系列二维多铁材料它们的磁电耦合形式多样：不但有的体系中铁电翻转能使磁矩翻转180°,也有能改变磁各向异性轴的磁 弹 电耦合;还有一种二维多铁独有的耦合方式,其铁电翻转可使二维材料磁性分布改变部分二维多铁能够兼具铁磁、铁电和强磁电耦合,有望解决传统单相多铁目前的瓶颈问题     

二维铁电材料In2Se3的研究进展

近年来,二维材料以其丰富的物性吸引着众多科研工作者的兴趣铁电性是指材料内部自发且可以通过外加电场进行调控的电极化的一种物理特性,在众多实际应用中发挥着不可替代的重要作用然而,在二维材料体系中,垂直于二维面的面外极化铁电性相对来说鲜有发现该文着重介绍近年来所发现的一类同时具有面内和面外极化且相互耦合的二维铁电材料In2Se3的研究进展,包括最初的理论预言,随后的实验验证,及近期在其器件应用方面的探索     

二维铁电材料的研究进展

铁电材料是一类具有优异的铁电、压电及热释电等性能的功能材料,有着很高的研究价值.随着科学技术的发展,对器件尺寸、功耗提出了更高的要求,微型化、集成化成为目前铁电材料的一大发展趋势.传统铁电材料由于尺寸效应、表面效应等因素制约了其在纳米尺度下的应用,如何解决这一问题成为当下的研究热点之一,其中寻找具有铁电性的二维材料是可能的解决方案.该文综述了近年来研究者们关于二维铁电材料的探索,介绍了二维铁电材料的独特优势,解释了二维材料铁电性的来源以及调控,最后对该领域今后的发展提出了展望.     

金属掺杂诱发二维过渡金属卤化物的多铁性

二维过渡金属卤化物（如CrI3）以其独特的电子结构和磁性等性质,受到了越来越多的关注本征的二维过渡金属卤化物通常具有高对称性的结构（如D3d对称性）,导致铁电性质的缺失为了在过渡金属卤化物中诱导多铁性,该文采用密度泛函理论系统地研究了金属原子Li或Al掺杂对二维过渡金属三卤化物RhX3、IrX3（X=Cl、Br）材料结构稳定性、电子性质以及铁磁铁电性质的影响计算结果表明,Li或Al掺杂会引起体系的Jahn Teller畸变,降低体系的结构对称性,从而产生面内的极化同时,金属掺杂引入的电子局域在过渡金属的d轨道上,形成局域磁矩,使得体系同时具有了铁电性和磁性这一发现为实现二维的铁磁铁电性材料提供了新的研究思路,将对自旋电子学的研究发展产生重要意义     

钇掺杂氧化铪薄膜的铁电与非线性光学性能研究

铁电材料在铁电动态随机储存器、铁电场效应晶体管、铁电隧穿结和负电容器件等领域得到研究者的广泛关注近年来,铁电二氧化铪(HfO2)材料由于具有CMOS兼容性、高介电常数、宽带隙等特点成了研究热点该文使用脉冲激光沉积技术制备了钇掺杂铁电二氧化铪（HYO）并研究了其铁电和疲劳特性,指出薄膜的疲劳是由束缚在浅势阱中的注入载流子造成的畴壁钉扎效应引起进一步研究了60Co γ 射线对HYO薄膜铁电存储性能的影响,发现薄膜的抗辐照能力优于传统的铁电材料最后,研究了基于HYO薄膜的非线性光学效应,计算出的HYO薄膜的二阶非线性系数为χ(2)=（6.0±0.5） pm/V这些研究为铁电HfO2薄膜在存储和非线性光学领域的应用奠定了基础     

MoS2的摩擦起电及充电特性研究

二维二硫化钼(2D MoS2)由于其优越的电学、光学和压电性能,使其在未来电子器件领域被广泛关注该文利用AFM接触模式和SKPM,在纳米尺度上,测试CVD 制备多层MoS2的隧道摩擦起电和充电特性通过AFM接触模式,在75 nN的法向载荷力下,用Pt导电探针摩擦MoS2样品的1 μm×1 μm正方形区域,同时使硅基底接地然后通过SKPM,对以摩擦区域为中心的5 μm×5 μm正方形区域的接触电势进行成像最后以上述方式,依次在A、B、C区域进行摩擦起电测试研究结果表明：MoS2不仅具有摩擦起电特性,而且表现出摩擦其他区域,可以对初始区域充电的现象因此,可以利用MoS2的摩擦起电特性和充电现象,指导构建一类新的基于2D MoS2纳米电子器件和摩擦电子学功能器件的应用     

一种改进的二维Otsu图像分割算法研究

对当前的二维Otsu阈值分割算法进行了改进,降低了计算的复杂度使用两个一维的Otsu算法来求出二维Otsu算法所需要的阈值,并在算法中引入了最小类内离散度的概念,利用遗传算法寻找出最优的阈值,以消除二维算法需要在整个图像内搜索的弊端,促进了算法的整体性能的提升与其他文献中算法相比,证明了该文算法的可行性,在时间上要大大优于其他算法,并且分割效果也相对理想     

阻变存储单元中元素的三维分布

近年来,人工智能、大数据、物联网等领域的快速发展,使新原理信息存储器件的设计、制造成为半导体等产业的重点发展方向阻变存储器因具有优异的存储特性、良好的尺寸化能力、易于高密度集成等显著优点,被视为下一代非挥发性存储器的理想解决方案但是由于发生电阻转变的区域难以观测,阻变器件的转变机制一直存在争议该文利用飞行时间 二次离子质谱对阻变存储单元中元素的三维分布进行探测,有效地证明了电阻转变机制与金属电极原子的扩散无关,而是由氧化物薄膜本身的电学特性所决定的该文的工作对阻变存储器件的机理探究、设计制备和性能改进具有十分积极的意义     

二维α In2Se3的物理性质及其应用

二维（2D）材料是一类具有原子级别厚度的层状材料,其物理性质包括了绝缘、超导、金属、光电、压电、铁电和磁性等.α In2Se3是一种特殊的2D材料,因其面内 面外耦合室温铁电性的发现掀起了科研人员对它的新一轮研究热潮.α In2Se3作为铁电体本身具有压电性和铁电性,另外,α In2Se3还具有良好的光电响应,故2D α In2Se3在微型压电马达、非易失性铁电存储器、光电探测器等领域有丰富的应用价值.该文首先回顾了2D α In2Se3材料物理性质研究的相关背景,并针对α In2Se3在技术应用上较为重要的光电性、压电性以及铁电性做了详细介绍,最后总结了2D α In2Se3的研究和应用进展.     

基于苯并噻二唑的D A D型有机小分子

合成、表征了三种基于苯并噻二唑的D A D型有机小分子光伏材料C1~C3该类小分子以苯并噻二唑为受体中心单元,以芴、三苯胺、咔唑为给体末端单元C1~C3具有优异的热稳定性能,其热分解温度（Td）都大于 290 ℃,且在300~650 nm表现明显的光谱吸收以该类小分子为给体材料掺杂富勒烯衍生物 (PC60BM)受体材料制作溶液加工本体异质结光伏器件,其中 C1表现出最好的光伏性能 (PCE =139%,Jsc = 618 mA/cm2,Voc=074 V,FF = 030)该研究表明末端给体单元对基于苯并二唑D A D型有机小分子的光伏性能具有显著影响,合理选择末端给体单元有望获得高转换效率的有机小分子光伏材料     

基于能量法推导控制饱和多孔介质变形的孔压系数

基于能量原理推导了控制饱和多孔介质变形的有效应力公式推导结果表明只要多孔介质中的固相材料不可压缩,Terzaghi有效应力就完全决定了饱和多孔介质的变形孔隙中的液体是否可以压缩并不影响Terzaghi有效应力的适用性而当固相材料的压缩性不可忽略时,有效应力公式中的孔压系数需要修正,此时孔压系数不仅和材料参数有关,还与加载模式有关即便对于同样的多孔材料,也不存在固定的孔压系数取值荷载水平较低时,对于石英砂和石膏砂两种颗粒材料,仅在不排水加载时孔压系数为0.9左右,其他加载模式下孔压系数都接近于1而对于连续性更好的岩石、混凝土材料,孔压系数仅在总应力不变、孔压逐渐变化的加载模式下接近于1,其他加载模式下的孔压系数则显著小于1     

与CMOS工艺兼容的氧化铪基铁电材料的亚稳相及其存储器器件力学

该文对新型的氧化铪基铁电晶体管存储器的巨大优势及其面临的工程和科学问题进行了详细评述,提出了存储器"器件力学"的概念.作为电子信息技术最核心的存储器是衡量国家综合实力和关系国家安全的战略性技术,我国全部依赖进口,几乎不能做到自主可控.新型存储器是我们"变轨超车"的绝佳机会.氧化铪基铁电晶体管(FeFET)存储器与CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺完全兼容,这就为其产业化创造了得天独厚的先天条件.HfO_2基铁电薄膜的FeFET存储器与CMOS兼容,可以实现FinFET(鱼鳍3D架构),可以突破后摩尔时代、有望填补"存储鸿沟",具有超高抗辐射能力、能耗低等突出优点,将引领新型存储器的发展方向.疲劳性能不是很好、存储器存储窗口的均匀性欠佳是限制氧化铪基FeFET存储器产业化的技术瓶颈,即工程问题.亚稳相、复杂界面效应、存储器"器件力学"的理论基础不清楚是限制与CMOS工艺兼容的氧化铪基铁电存储器产业化的关键科学问题.需要从氧化铪基FeFET存储器面临的工程问题提炼出基础科学问题,通过氧化铪基材料的铁电物理本质、亚稳相及其本构关系的研究,将界面的物理力学性能研究作为一个桥梁,提出栅极电压V_G即"场效应"和"铁电性"双控制因素下的存储器"器件力学"理论模型和实验研究方法,从而为解决氧化铪基FeFET存储器的技术瓶颈提供理论和实验支撑.     

金属有机物分解法制备HfO2 ZrO2纳米多层薄膜及其铁电性能研究

HfO2基铁电薄膜是一种环境友好型的铁电材料,具有尺寸可缩放性、与CMOS兼容性好等多方面优势,有望代替传统钙钛矿结构材料成为铁电存储器件的主要组成材料之一近年来,已有相关研究表明Zr掺杂的HfO2基薄膜具有良好的铁电性然而,针对其复合多层结构的铁电薄膜却鲜有报道为此,该研究利用金属有机物分解法制备了HfO2和ZrO2层交替生长的HfO2 ZrO2纳米多层薄膜,对薄膜的物相、表面形貌和铁电性能进行了相应的表征和分析,研究了退火工艺对薄膜铁电性能的影响结果表明,随着纳米层数的增加,HfO2 ZrO2薄膜的结晶性得到改善,且薄膜表面致密度增加,表面较为平整,晶粒有所细化在400 ℃、1 min的退火条件下,HfO2/ZrO2纳米多层薄膜具有明显的铁电性,电流翻转峰明显,剩余极化强度高达16 μC/cm2,纳米多层薄膜具有最小的漏电流密度以及良好的耐疲劳性能     

二维Bi_2Se_3薄膜的制备及光电性能研究

二维材料由于其优异的电学和光学性能使其在光电器件领域得到了广泛关注.Bi_2Se_3是一种基于强自旋轨道耦合作用形成的拓扑绝缘体,具有高热电系数,一个相互交错的Dirac表面态,且只存在一个Dirac点,是一种理想的拓扑绝缘体材料,有潜力成为室温低能耗的自旋电子器件.该文使用气相沉积法分别在SiO_2/Si基底和柔性PI基底上生长出了连续、高质量的Bi_2Se_3薄膜,在此基础上构建了Bi_2Se_3光电探测器,测试结果表明Bi_2Se_3薄膜材料具有优越的宽波段光谱响应性能,并在柔性PI基底上表现出优异的抗疲劳性能,在新一代柔性光电器件领域有着非常大的应用潜力.     

N,N′ 二（2 羟基苯甲酰基） 1,3 苯二甲酰肼和N,N′ 二（2 羟基苯甲酰基） 1,4 苯二甲酰肼的合成与热稳定性研究

以自制的水杨酰肼（4）、间苯二甲酰氯（5）为原料,以DMF为溶剂、三乙胺作缚酸剂,间苯二甲酰氯（5）与水杨酰肼（4）摩尔分数为100/275,于90 ℃反应9 h,合成了N,N′二（2羟基苯甲酰基）1,3苯二甲酰肼（7）,产品的收率达到793％在相同的条件下,采用对苯二甲酰氯（6）为原料,合成了N,N′二（2羟基苯甲酰基）1,4苯二甲酰肼（8）,收率达到了802%其结构经1H NMR和MS等技术得到确证并进行了热重分析和针对PVC应用研究,发现其具有良好的热稳定作用     

基于边缘计算和稳态 遗传算法的AIoT资源调度研究

在万物互联时代,智能物联网（Artificial Intelligence of Things, AIoT）是人工智能与物联网融合发展的新兴方向在面对边缘海量数据和连接时,如何进行资源负载的调度是AIoT目前亟待解决的关键问题边缘计算（Edge Computing）是对云计算的补充和发展,具有低时延、位置敏感和无线接入等优点,能在网络边缘进行高效部署该文提出了一种基于边缘计算和遗传算法的AIoT资源调度方法首先,基于边缘计算构建了云边融合的AIoT分层网络资源管理架构然后,对其资源调度问题进行了数学建模并使用稳态分组遗传算法（SSGGA）进行了优化最后,根据得到的优化方案制定了计算资源调度策略另外,基于iFogSim平台搭建了实验环境,仿真结果验证了该文所设计的资源调度策略可有效降低高负载下AIoT各节点的处理时延,并有效提升网络内设备的能量利用效率该文的工作对于推动AIoT的发展具有良好的理论和应用价值