[00143913]新型超高密度磁电随机存储及光存储材料与器件关键技术

本项目研究了基于BiFeO3薄膜微纳尺度电容阵列的极化调控阻变及光伏特性;开发了基于纳米结构的低能耗、高速、高密度随机存储原型器件,在高密度存储阵列技术的基础上实现了多态存储,应用磁电耦合、磁电光耦合材料提高了单元存储密度,同时还开发了几种信息存储和光伏器件原型,推动了光存储及随机存储技术产业化进程。主要内容如下： 1)制备了基于高质量外延BiFeO3、Pb（Zr,Ti）O3的铁电薄膜以及超薄膜,以及基于铁电薄膜的铁电隧道结,并系统研究了其阻变机制,如界面肖特基势垒和电荷注入共同调控机制、隧道结调控机制等。发展多种纳米制备工艺,获得高质量外延的铁电纳米点,以及基于在铁电薄膜上制备纳米电极的存储单元阵列,获得高密度纳米点阵列,最高存储密度可达每英寸200Gb。发展基于扫描探针的纳米尺度探测技术,利用导电原子力显微镜与外接电学测试仪相连接,实现单个纳米存储单元的信息存储性能,如阻变开关比,保持、疲劳等特性测试,在当个纳米单元上获得＞1000的开关比,反复翻转100次以上未见明显疲劳,高开关比可保持103秒以上未见降低。 2)在高质量BiFeO3铁电纳米点阵列的基础上开发了,探索了铁电拓扑畴结构作为存储应用的潜力。获得了可受铁电发转中心型和涡旋性拓扑畴,并展示了作为“0”和“1”应用的可行性,并通过电导读出,提出构建拓扑原型器件概念;在纳米岛中发现可受电场调控的拓扑畴壁导电态,并实现了4种高低畴壁导电态的调控,展示了在多态存储应用的可能。成果为开发基于拓扑畴的新型器件打下了重要基础。 3)开发磁电耦合存储技术。并在当个纳米多铁异质结中实现稳定可控电控磁畴翻转,并展示了利用该技术低能耗存储的功能。尤其是开发了一种由四方BiFeO3薄膜上和上面的三角形Co纳米磁体阵列组成的纳米多铁异质结构,实现了室温下电驱动、可逆和120° 磁态旋转。成果有力地推动低功耗、高密度、非易失性的磁电存储器的应用进程。 4)研究了表面等离子耦合对三维金纳米棒团簇体的线性和非线性光学吸收谱的影响,发现了空间随机分布的表面等离子热点的偏振和波长敏感特性,发现了金纳米棒存在强耦合时金纳米棒团簇体系线性和非线性吸收峰的分离现象,使得金纳米棒团簇的双光子荧光强度由发光最强的几根金纳米棒主导。在此基础实验上,进行了多维复用光信息存储的偏振复用（4个偏振）和波长复用（波长间隔40 nm）的实验演示,实现空间最小像素0.5x0.5 m2,写入脉冲能量几个皮焦（pJ）,实现单张光盘存储容量超过20 TB。 5)本项目发表了包括Science Advances,Nature Communications 等杂志SCI论文63篇（含影响因子10以上7篇,一区论文27篇）,申请国家发明专利31项,其中授权专利12项。合作开发“新型超高密度磁电随机存储及光存储材料与器件关键技术”,完成了相关材料及器件的研制工作,相关技术也已经在各类产品中得到逐步应用。随着技术成熟及产品推广,预计到2021年,业绩销售收入将超过3000万元,利税将达到200万元。