福大《ACS AMI》首次实现一种无铅双钙钛矿纳米晶光存储器！

导读：本文首次实现了一种基于二氧化硅包覆的无铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6 NCs的新型非挥发性浮栅型晶体管光存储器(FGTPM)。同步代理作为离散保护层Cs2AgBiBr6NCs和电荷隧穿层FGTPM设备,操作系统层可以实现可控厚度通过调整工艺参数,导致存储属性的调整(58 V)一个更大的内存窗口。由于良好的光敏反应的能力Cs2AgBiBr6@OS复合层,该FGTPM器件表现出高性能，具有可重复的多级非挥发性光存储器和精确的光响应能力的波长/时间/功率依赖的光照射，无需额外的栅压。

浮栅型晶体管光存储器 (FGTPM)由于其与晶体管电路的兼容性、无损读出和多级存储的兼容性而被认为是最有前途的非易失性光存储器器件之一。与传统的电动存储器相比，光电存储器更能实现存储电平间大电流差的多电平数据存储。到目前为止，由于铅基钙钛矿纳米晶具有良好的光电性能，嵌入到聚合物基体中作为电荷捕获层在FGTPM器件中实现了应用。然而，聚合物基质及其溶剂会使钙钛矿纳米晶的结构发生降解，导致其光响应能力丧失。此外，铅基钙钛矿对环境不友好，稳定性差。

近日，福州大学物理与信息工程学院陈耿旭（通讯作者）等人报道了一种利用一锅法合成了OS包覆的Cs₂AgBiBr₆ NCs，并将该复合层作为一种新型浮栅，用于开发基于OFET-非易失性光存储器。实现了较大内存窗口的FGTPM。相关论文以题为“Nonvolatile Multilevel Photo-Memory Based on Lead-Free Double Perovskite Cs₂AgBiBr₆ Nanocrystals Wrapped within SiO₂ asCharge Trapping Layer”发表于ACS Applied Materials & Interfaces上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c12185

图1. （a）Cs₂AgBiBr₆ NCs的合成图解；（b）Cs₂AgBiBr₆NCs的TEM图像；（c）高分辨TEM图像以及衍射花样；（d）XRD图谱；（e）EDS图像；（f）Cs₂AgBiBr₆NCs的吸收以及PL光谱。

图2.（a）器件结构示意图；（b）Cs₂AgBiBr₆@OS复合层的TEM图像以及局域放大图（c）；（d）Cs₂AgBiBr₆与Cs₂AgBiBr₆@OS的傅里叶红外光谱图；（e）Cs₂AgBiBr₆@OS和IDTBT的稳态吸收光谱。（f）Cs₂AgBiBr₆@OS复合薄膜在石英和IDTBT上的PL光谱。

图3. 基于Cs₂AgBiBr₆@OS的FGTPM器件的光电编程特性。（a）光电存储器在V_DS= 40 V下的传输特性；（b）以Cs₂AgBiBr₆@OS作为浮栅层的光存储器存储测量结果；（c）Cs₂AgBiBr₆@OS基和Cs₂AgBiBr₆@PVP基光电存储器性能比较；（d）不同波长（430 nm，450 nm，和650 nm）下的存储特性；（e）不同功率下的存储特性曲线；（f）不同光照时间1 ~120 s的存储特性曲线。

图4. 用原位KPFM演示了浮栅膜中的电荷捕获行为。（a）Cs₂AgBiBr₆@OS复合膜和IDTBT膜的原位KPFM电纳米技术原理图。（b）Cs₂AgBiBr₆@OS复合膜和IDTBT膜在不同波长（430 nm、450 nm、630 nm）光照下的表面电位。

图5. 非挥发性多能级Cs₂AgBiBr₆@OS光电存储器的工作机理。

总的来说，这项研究提出了一种通过OS层同时作为离散Cs₂AgBiBr₆ NCs的保护层和FGTPM器件的电荷隧穿层，通过调节自旋涂层TMOS的量来实现厚度可控，从而调节光存储保留能力。在不增加栅偏置的情况下，对依赖波长/时间/功率的光辐照具有精确的光响应能力。此外，在简化工艺和降低成本的情况下，基于无铅钙钛矿基光存储器件仍然表现出优异的光电存储性能，这将是迈向光存储商业化的坚实一步（文：无计）