多层MoS2存储器件的电输运与阻变机制：基于Ag/Cu电极的界面调控与性能优化

本研究针对二维材料基阻变存储器(RRAM)的电荷传输机制不明确问题，通过Ag/Cu电极调控的多层MoS2器件，结合变温电学测试揭示了高/低阻态下Schottky发射、陷阱辅助隧穿(TAT)与空间电荷限制传导(SCLC)的竞争机制，发现Cu电极器件具有更高稳定性，为二维RRAM的界面工程提供了重要理论依据。

　　

在人工智能和物联网时代，传统存储器正面临速度与能效的瓶颈。阻变存储器(RRAM)因其纳秒级操作速度、亚飞焦耳能耗等优势被视为突破"后摩尔时代"存储墙的关键技术。然而，基于金属氧化物的RRAM存在界面缺陷不可控等问题，而新兴二维材料虽具有原子级平整表面，其阻变机制研究仍缺乏系统性。特别是二硫化钼(MoS₂)这类过渡金属硫族化合物，虽在理论上有优异特性，但实际器件中电荷传输与电极材料的关联机制尚不明确。

针对这一科学问题，集美大学海洋信息工程学院的研究团队在《Applied Surface Science Advances》发表了创新性成果。他们通过精确调控Ag/Cu活性电极与多层MoS₂的界面特性，结合多种表征手段揭示了阻变行为的物理本质。研究采用热分解法制备厚度可控的MoS₂薄膜，借助原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱确认材料质量，通过变温电流-电压(I-V)测试解析不同阻态下的传导机制。

材料表征与器件制备
通过优化前驱体溶液浓度，采用热分解法在蓝宝石基底上生长出均匀的多层MoS₂，X射线光电子能谱(XPS)证实其化学计量比为1:2。水辅助转移技术将薄膜完整转移到SiO₂/Si基底，构建金属-半导体-金属(MSM)结构的交叉阵列器件，有效工作区域为2×2 μm²。

电学性能与阻变机制
变温测试显示：在低偏压区，高阻态(HRS)传导符合Schottky发射模型，活化能约0.12 eV；中等偏压区出现陷阱辅助隧穿(TAT)特征，电流呈指数增长；高压区则转变为空间电荷限制传导(SCLC)，填充因子揭示陷阱密度达10¹⁸ cm^-3。对比发现，Cu基器件比Ag基器件电阻高2个数量级，且循环稳定性提升3倍，这归因于Cu离子迁移能垒较高(0.8 eV vs Ag的0.5 eV)。

结论与展望
该研究首次系统阐明了多层MoS₂ RRAM中电极依赖的阻变物理机制：Ag电极诱导易失性开关源于金属细丝的不稳定性，而Cu电极通过形成稳定的Cu_xS界面层实现非易失存储。这项工作不仅为二维材料RRAM的界面工程设计提供了理论指导，其揭示的SCLC-TAT竞争机制对开发超低功耗神经形态器件具有重要启示。未来通过能带工程调控陷阱分布，有望实现亚0.1V操作电压的量子限域器件。