在欧镱二维钙钛矿ReRAM中实现的可调谐突触可塑性，其开关电压低于0.5伏

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Tunable Synaptic Plasticity in Europium 2-D Perovskite ReRAM With Sub-0.5 V Switchings

二维钙钛矿薄膜通过前驱体配比调控实现表面致密化与晶体有序化，Ag电极器件在无形成电阻开关中展现低于1V阈值、超4V窗口、超104秒保留及超4×104次循环耐久性。电化学金属化（ECM）主导机制下，脉冲编程优化动态范围（DR）与非线性指数（NLI）的权衡，为神经形态计算提供可调谐的类突触特性平台。

　　

摘要：

无铅且可靠的电阻式开关（RS）材料对于下一代电阻式随机存取存储器（ReRAM）和神经形态计算至关重要，因为这些应用要求编程电压低、环境适应性强以及多功能稳定性高。二维（2-D）钙钛矿材料由于其抗湿性、可扩展的制备工艺以及能够调节界面能级对齐的能力，成为多功能开关层（SLs）的理想候选材料。在本研究中，通过精确控制前驱体的化学计量比，系统地对基于铕（Eu）的二维钙钛矿薄膜进行了优化，以研究其微观结构、晶体学特性和表面电子性质与电阻式开关行为之间的关系。观察到从多孔、缺陷丰富的表面逐渐转变为致密、无针孔的薄膜，且薄膜的有序性得到了显著提高。在优化后的薄膜上制备的银电极器件表现出无形成缺陷的对称双极电阻式开关特性，其编程阈值低于几伏特，具有较大的存储窗口，并且数据保持时间超过10^4秒，耐用性超过4×10^4次循环。与惰性电极和易氧化电极的对比实验表明，电化学金属化（ECM）过程（由Ag+离子的迁移和还原驱动）是主要的电阻式开关机制。在不同编程脉冲下的神经形态计算测试显示：较长的编程脉冲可以扩大动态范围（DR），但会增加信号的非线性；而较短的编程脉冲则能抑制薄膜中的纤维状生长，从而实现接近线性的权重更新和较低的非线性指数（NLI）。这种可调性使得可以针对特定任务优化突触可塑性：较大的动态范围有助于提高分类准确性，而较高的线性则有利于模拟计算。这些发现表明，基于铕的二维钙钛矿材料是一种无铅、可靠的平台，适用于低功耗的ReRAM和高保真度的神经形态系统。