尺寸調控SnO2 量子點的阻變性能及調控機理*

龔少康 周靜? 王志青 朱茂聰 沈杰 吳智 陳文

1) (武漢理工大學材料科學與工程學院,材料復合新技術國家重點實驗室,武漢 430070)

2) (湖南工學院材料與化學工程學院,衡陽 421002)

零維SnO2 量子點因具有優異的物理化學穩定性、高電子遷移率和能帶結構可調等特性,是阻變存儲器中阻變功能材料的良好選擇,受到了研究者的廣泛關注.本文采用溶劑熱法制備了尺寸為2.51 nm,2.96 nm 和3.53 nm的SnO2 量子點,在較小尺寸范圍內證明了SnO2 量子點能帶結構隨尺寸離散化的量子尺寸效應;并基于其量子尺寸效應,實現了對SnO2 量子點阻變存儲器開關電壓的有效調控.研究表明,尺寸為3.53 nm 的SnO2 量子點具有較低的開關電壓(–2.02 V/3.08 V)與較大的阻變開關比(>104),器件在經過2×104 次的耐久性測試后,阻變性能變化率小于5%,具有較好的穩定性與保持性.基于庫侖阻塞效應,SnO2 量子點內部缺陷勢阱作為俘獲中心對電子的自俘獲/脫俘作用,是其實現阻變效應的原因;此外,SnO2 量子點與ITO,Au 界面肖特基勢壘高度的有效控制則是精準調控其阻變開關電壓的關鍵.以上工作揭示了SnO2 量子點在阻變存儲領域的巨大應用潛力和商業化應用價值,為阻變存儲器的發展提供了一項新的選擇.

1 引言

在當代大數據背景下,信息的采集、轉換和存儲變得尤為重要,智能手機、數碼相機、平板電腦等移動存儲設備小型化與智能化的發展對非易失性存儲器的性能要求與日劇增[1].在眾多非易失性存儲器中,阻變存儲器(resistive random access memory,RRAM)因具有結構簡單,低操作電壓、快響應速度、存儲密度高和低功耗等優勢,顯示出廣闊的應用前景[2].RRAM 的核心為阻變功能材料,其在電壓激勵下具有高阻態(HRS)/低阻態(LRS)的可切換行為,可以用來實現數據“0”和“1”的存儲.迄今為止,大量的氧化物、固態電解質、聚合物與復合結構等體材料和薄膜均被用作RRAM 的阻變開關材料[3?7],但這些材料制備過程中所需的高壓、高真空和高能耗等苛刻環境,阻礙了RRAM進一步的商業化應用.與此相比,量子點(quantum dots,QDs)的合成方法更加簡單,特有的庫侖阻塞效應與量子遂穿效應[8,9]可實現對注入電荷的自俘獲,從而展示出更小的器件尺寸,更低的開關電壓和更快的響應速度,成為下一代RRAM 的發展趨勢[10,11].

近年來,研究者對穩定性高且可控性良好的全無機量子點阻變存儲器的探索取得了較多成果.采用自組裝制備的CeO2NCs RRAM 表現出雙極型開關行為,具有104的開關比值與2×103s 的時間保持性,其開關電壓約2.2 V/–2.5 V,誤差范圍較小,穩定性得到良好的提升[12].CeO2NCs 表現出開關行為的原因被認為是其內部氧空位在電場下定向遷移形成了貫通器件的導電細絲,從而由HRS 轉變為LRS,在反向電壓激勵下導電細絲發生斷裂,再次由LRS 轉變至HRS.此外,在全無機Cu12Sb4S13QDs RRAM 中同樣證實了良好的阻變性能,開關比值約104,且開關電壓分布集中,在106s 的時間下性能退化小于10%[13].其阻變機制符合內部缺陷電荷對注入電子的俘獲與脫俘過程,當缺陷電荷被電子完全填充或失去俘獲電子時,器件實現SET 與RESET 過程的轉換.純CsPbBr3QDs 同樣具有優異的阻變性能[14],SET/RESET電壓約–2.4 V/1.55 V,開關比值可達107,能夠與有機/無機復合阻變存儲器的性能相媲美.其阻變機制可以通過Br 空位導電細絲來解釋,然而CsPbBr3QDs 易發生相變與聚沉,同時其內部缺陷易與光生載流子復合,導致開關電壓分布散亂,循環穩定性也不夠理想,制約了實際商業化應用.Zhou 等[7]研究了基于全無機零維AgInZnS NPs RRAM,器件具有較小的工作電壓(–0.4 V/0.4 V),而 開關比值僅為18.由此可見,量子點RRAM 的阻變性能還存在些許缺點,如開關比值偏低和穩定性不足,并且缺少調控阻變性能的可行技術.此外,研究人員對量子點材料阻變現象的解釋至今仍未有統一的理論,阻變機理仍存在較大爭議.因此,需要對全無機量子點阻變存儲器進行更深入的研究,探索綜合性能優異的量子點阻變材料并完善其阻變機理,優化調控阻變性能.

研究者總結了過往優化量子點阻變存儲器阻變性能的技術手段,包括摻雜、有機/無機復合與核殼結構等[15].然而這些技術方法不僅會改變量子點的表面性質,形成更復雜的界面結構,同時阻變機制也并不明確,導致阻變存儲器的穩定性與可控性嚴重衰退[16,17].然而,研究人員發現,阻變功能材料與電極間的界面勢壘對于阻變性能的優化具有更好的效果[18].通過控制阻變材料與電極界面的勢壘高度,能夠實現阻變開關比與開關電壓的良好調節,廣泛適用于塊體材料的阻變存儲器.而基于量子尺寸效應[19],量子點材料的能帶結構可以通過尺寸精準控制,從而改變界面勢壘高度,在保持量子點表面性質不變的同時,有望實現尺寸對阻變性能的有效調控,這是量子點材料相較于體材料獨有的優勢.

SnO2是一種典型的IV-VI 族二元金屬氧化物半導體,禁帶寬度大、電子遷移率高,在氣敏傳感、光催化、光伏器件與離子電池等領域具有廣泛的應用[20].此外,SnO2QDs 離子間較高的結合能使得其相較于其他無機量子點材料具有更佳的物理化學穩定性,是阻變功能材料的良好選擇[21,22].通過設計量子尺寸效應的SnO2QDs,控制界面勢壘高度,能夠實現對SnO2QDs 阻變性能的有效調控.然而,目前尚無關于SnO2QDs RRAM 的相關報道;此外,基于量子尺寸效應調控量子點RRAM阻變性能的研究也缺乏相關的調控機理,極大地制約了其商業化發展.

本文采用劑熱法制備了多種尺寸的SnO2QDs,驗證其量子尺寸效應,并將其用作阻變材料制備了全無機SnO2QDs RRAM.研究了SnO2QDs 量子尺寸效應對阻變性能的影響.通過lnI-lnV曲線的線性擬合探究各階段的電導機制,并以能帶結構模型分析了SnO2QDs 的阻變機制和尺寸調控阻變性能的作用機理.

2 實 驗

2.1 器件制備

采用溶劑熱法制備SnO2QDs,首先取0.3507 g結晶四氯化錫(SnCl4·5H2O,純度99.9%),加入盛有20 mL 油酸(OA,純度80%—90%)、2.5 mL 油胺(OLA,純度80%—90%)的三頸燒瓶中,在Ar氣氛下以120 ℃保持磁力攪拌2 h,得到Sn-OA前驅體溶液.隨后加入10 mL 叔丁醇(C4H10O,純度99%)并將其轉移至高壓反應釜中,在160 ℃,180 ℃與200 ℃下反應1 h,得到棕色膠體溶液.以10000 r/min,5 min 沉淀離心,得到黃棕色的SnO2QDs,將其分散在辛硫醇(C8H18S,純度99%)中封裝待用.

選用1.2 cm×2 cm 尺寸的ITO 導電玻璃作為襯底與底電極.量取50 μL SnO2QDs 溶液以2000 r/min 的轉速在ITO 基底上旋涂30 s 成膜,隨后在120 ℃下退火10 min 以去除有機溶劑.Au上電極采用磁控濺射法制備,電極面積為0.015 cm2.

2.2 測試表征

使用X 射線衍射儀(XRD,X’Pert Pro,PANalytical,Holland)測試晶體結構,掃描范圍為10°—80°.高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM,JEM-2100F,Japan)與場發射掃描電子顯微鏡(FESEM,Zeiss Ultra Plus,German)用于測試微觀尺寸與表面形貌.使用紫外可見光吸收光譜(UV-Vis,Shimadzu UV-240PC,Japan)與紫外光電子能譜(UPS,ESCALAB 250Xi,America)測試光學吸收光譜與能帶結構.使用Keithley 2450 源表表征阻變存儲器件的阻變性能與循環穩定性,施加的循環脈沖寫入電壓為–4 V,擦除電壓為5 V,讀取電壓為–0.1 V,電壓脈沖時間保持1 ms.

3 結果與討論

3.1 結構與形貌表征

圖1(a)—圖1(c)所示為不同反應溫度下制備SnO2QDs 的TEM 圖像,插圖為SnO2QDs 尺寸分布直方圖.可以看出,SnO2QDs 均呈現橢球狀且單分散性良好.隨制備溫度升高(160 ℃,180 ℃與200 ℃),粒子尺寸逐漸增加,平均粒徑分別為2.51 nm,2.96 nm和3.53 nm,均小于SnO2的兩倍激子玻爾半徑(=5.4 nm)[23],說明SnO2QDs 得以成功制備.圖1(d)—圖1(f)所示為3.53 nm SnO2QDs 中黃色區域的高分辨TEM 圖像、SAED 衍射圖像以及EDS 成分分析.可以看出,SnO2QDs 具有清晰的晶格條紋,其晶面間距約0.264 nm; 根據計 算公式RdLλ與,其中R為衍射斑與透射斑間距;d為晶面間距;Lλ為相機常數;a,c為晶格常數;(h k l)為晶面指數.SnO2QDs四個清晰明亮的衍射環分別對應于(110),(101),(200)與(211)晶面.此外,Sn 和O 的原子比分別為21%和40.2%,與SnO2的標準化學計量比一致,Cu 元素的出現為TEM 測試中的銅網所導致.

圖1 不同反應溫度下制備的SnO2 QDs 的TEM 圖像 (a) 160 ℃;(b) 180 ℃;(c) 200 ℃.插圖分別為對應的SnO2 QDs 尺寸分布直方圖.3.53 nm SnO2 QDs 的(d)局部HRTEM 圖像,(e) 選區電子衍射圖像與(f) EDS 能譜分析Fig.1.TEM images of SnO2 QDs prepared at (a) 160 ℃,(b) 180 ℃ and (c) 200 ℃.Inset gives the distribution histogram of SnO2 QDs size.(d) Magnified TEM image,(e) SAED pattern and (f) EDS spectrum of 3.53 nm SnO2 QDs.

使 用ultraviolet photoelectron spectroscopy(UPS)價帶譜測試了不同尺寸SnO2QDs 的能帶結構,結果見圖2(a)—圖2(c)所示,插圖為對應的費米邊截距Ecutoff與二次電子截止邊截距Wcutoff;ultraviolet-visible spectrum (UV-vis)光譜測試見圖2(d)和圖2(e).根據樣品的費米邊與二次電子截止邊截距可以計算得到SnO2QDs 費米能級與價帶能級的位置.此外,從UV-vis 光譜可以看出,隨著SnO2QDs 尺寸由2.51 nm 增大至3.53 nm,其特征吸收邊界逐漸紅移,因此對應的光學禁帶寬度也隨之減小,不同尺寸的SnO2QDs 禁帶寬度分別為3.95 eV,3.82 eV,3.67 eV.最終根據計算得到的各尺寸SnO2QDs 的具體能級結構如圖2(f)所示.可以看出,隨著SnO2QDs 尺寸的增大,其光學禁帶寬度逐漸減小,同時導帶能級與費米能級位置逐漸降低,價帶能級逐漸上移,能級的離散化效果較為明顯,表現出良好的量子尺寸效應.

圖2 SnO2 QDs 的UPS 圖譜 (a) 2.51 nm;(b) 2.96 nm;(c) 3.53 nm.插圖為費米邊、二次電子截止邊截距.不同尺寸SnO2 QDs的(d) UV-vis 光譜,(e) 光學禁帶曲線及(f) 能帶結構示意圖Fig.2.UPS spectra of (a) 2.51 nm,(b) 2.96 nm and (c) 3.53 nm of SnO2 QDs,and insets shows the Secondary electron cutoff and Fermi edge intercepts.(d) UV-vis absorption spectra,(e) optical band gaps plots and (f) energy band structure of SnO2 QDs with different sizes.

隨后,通過簡單的旋涂法將不同尺寸的SnO2QDs 涂覆在ITO 導電玻璃上,制備了SnO2QDs薄膜及相應的SnO2QDs RRAM.圖3(a)和圖3(b)所示為ITO 與SnO2QDs 薄膜的表面SEM 圖像;圖3(c)和圖3(d)給出了SnO2QDs RRAM 的器件結構示意圖與橫截面FESEM 圖像.可以看出,在ITO 上旋涂SnO2QDs 薄膜后,ITO 表面被完全覆蓋,顆粒大小均一,無微裂紋與起伏存在,說明SnO2QDs 成膜性良好,顆粒間結合緊密.此外,橫截面FESEM 圖像清晰地顯示了SnO2QDs RRAM的三明治夾層結構,SnO2QDs 層與Au 電極和ITO 之間結合良好,無明顯的孔洞與缺陷存在.

圖3 (a) ITO 與(b) SnO2 QDs 薄膜的表面SEM 圖像.(c) SnO2 QDs RRAM 的器件結構示意圖及(d) 橫截面FESEM 圖像Fig.3.Surface SEM picture of (a) ITO and (b) SnO2 QDs film.(c) Device structure schematic diagram of SnO2 QDs RRAM and its(d) cross-sectional FESEM image.

3.2 阻變性能研究

圖4(a)所示為SnO2QDs RRAM 的阻變性能測試結果,電壓掃描順序為0 V→–4 V→ 0 V→5 V→ 0 V,數字1—8 代表器件在不同電壓下的電阻狀態以及掃描順序.可以看出,SnO2QDs RRAM都表現出典型的雙極型開關行為,初始狀態為高阻態(HRS,OFF 態).

由0 V 開始施加負向掃描電壓時(過程1),SnO2QDs RRAM 的電流由10–6A 逐漸增大.當電壓增大到一定值(VSET,過程2)時,器件的電流迅速增大到10–1A 左右,此時器件轉變為低阻態(LRS,ON 態),進一步增大電壓或回掃到0 V,SnO2QDs RRAM 仍然處于LRS(過程3,過程4).隨后掃描電壓轉為正向 (過程5),器件的電流隨電壓增大而逐漸增加.當正向電壓增大到某一值(VRESET,過程6)時,電流由10–1A 左右迅速降低至10–5A左右,SnO2QDs RRAM 重新由LRS 切換為HRS.當電壓繼續增大或回掃至0 V 時,器件仍處于HRS (過程7,過程8).可以發現,無論器件處于HRS 或LRS,切斷電源后仍能維持當前的電阻狀態,這表明SnO2QDs RRAM 具有非易失性存儲的特性.

阻變存儲器在HRS/LRS 之間的轉變對應于SET/RESET 過程,在存儲過程中可實現信息的寫入/擦除[2,11].圖4(b)所示為不同尺寸SnO2QDs RRAM 對應的SET/RESET 電壓,圖4(c)所示為其循環穩定性測試,插圖給出了循環脈沖電壓直方圖.可以看出,隨著SnO2QDs 尺寸增大,SET/RESET電壓逐漸降低(由–3.18 V/4.35 V 減小至–2.02 V/3.08 V),表現出良好的尺寸-開關電壓依賴性,說明可通過SnO2QDs 尺寸變化實現阻變性能的調控.不同尺寸的SnO2QDs RRAM 在寫入/擦除操作后都表現出明顯的電阻態差異,LRS 阻值約40 Ω,HRS 阻值約5×105Ω,開關比值約104.此外,器件在經過2×104次的重復讀寫測試后,電阻值與阻變開關比的變化率小于5%,表明SnO2QDs RRAM具有良好的循環穩定性與保持性.3.53 nm SnO2QDs RRAM 的開關電壓頻率分布統計如圖4(d)所示,可見器件的SET/RESET 電壓分布集中,具有較好的均一性.根據SnO2QDs RRAM 的阻變特性,通過控制SnO2QDs 尺寸形成梯度化的電阻態,具有多級存儲的應用潛力.

圖4 (a) 不同 尺寸 下SnO2 QDs RRAM 的I-V 特性曲線;(b) SET/RESET 電壓隨SnO2 QDs 尺寸的變 化曲 線;(c) 不同 尺寸SnO2 QDs RRAM 的循環穩定性曲線,插圖為施加的脈沖電壓直方圖;(d) 3.53 nm SnO2 QDs RRAM 的SET/RESET 電壓頻率分布直方圖Fig.4.(a) I-V curves of SnO2 QDs RRAM with different sizes;(b) variation of SET/RESET voltage with SnO2 QDs size;(c) cycle stability tests of SnO2 QDs RRAM and inset shows the impulse voltage curve;(d) SET/RESET voltage distribution of 3.53 nm SnO2 QDs RRAM.

3.3 電荷傳輸機制研究

電荷傳輸機制是研究量子點阻變存儲器的重要內容.圖5(a)和圖5(b)所示為3.53 nm SnO2QDs RRAM 的lnI-lnV曲 線,對SET/RESET過程分別進行線性擬合,分析各階段的電導機制[24].SET 過程可以分為三個部分:1)在負向電壓掃描初始階段(slope 1,0

圖5 3.53 nm SnO2 QDs RRAM 在(a) SET 過程,(b) RESET 過程的電導機制擬合曲線;局部區域的電導機制擬合(c) SET 過程V1-VSET 階段,(d) RESET 過程V2-Vmax 階段Fig.5.Conduction mechanism fitting curves of (a) SET process and (b) RESET process on 3.53 nm SnO2 QDs RRAM.Local region of conduction mechanism (c) stage of V1-VSET in SET process;(d) stage of V2-Vmax in RESET process.

由以上分析可以看出,SnO2QDs RRAM 在LRS 下都表現為歐姆傳導機制;而在HRS 下則由歐姆傳導、熱電子發射與SCLC 機制主導.各階段的擬合公式如下:

歐姆傳導[25]:

熱電子發射[25]:

SCLC[26]:

其中n為電子數量,q為電荷量,μ為電荷遷移率,E為電場強度,A*為有效Richardson 常數,T為溫度,?B為界面肖特基勢壘高度,εr為薄膜相對介電常數,ε0為真空介電常數,K為Boltzmann 常數,θ為自由電子密度比率,d為薄膜厚度.對于不同尺寸的SnO2QDs RRAM,測試環境與制備一致,q,A*,K,ε0與θ為常數,n,μ,E,T,εr與d相同;因此器件電荷傳輸受到界面肖特基勢壘?B的影響,界面勢壘的不同是影響SnO2QDs 阻變性能的重要原因.此外,根據熱電子發射公式,電流密度J隨著?B的增大而減小,呈現反比關系.

3.4 阻變機理及調控機制研究

材料制備過程中的缺陷、摻雜與空位等因素都會影響其阻變行為.研究者提出了許多阻變效應的作用機理,如導電細絲形成/斷裂[12,27,28]、陷阱填充限制電流[13,29,30]與界面肖特基勢壘調制[18,31,32]等,得到了廣泛認可;而量子點材料的阻變機理較為復雜,目前尚未有統一的理論解釋.在我們的工作中,根據SnO2QDs 阻變曲線的雙極型開關行為,內部/表面缺陷在偏壓下遷移聚集導致局部導電路徑相互貫通形成導電細絲從而實現HRS/LRS 轉換是可能的原因;同時,氧空位在界面處的聚集/耗盡狀態增強/破壞界面肖特基勢壘達到電阻切換也是可能存在的機理.然而,SnO2QDs RRAM 使用的電極Au 為惰性,且無Forming 過程,并不符合導電細絲/形成斷裂機理的基本特征[33,34];同時I-V曲線中并未出現界面肖特基勢壘調制機理常有的正負向偏壓LRS 電流不對稱現象[35,36],這表明SnO2QDs 的阻變效應并非由單一的阻變機理控制.

根據電荷傳輸機制擬合,SET/RESET 階段具有明顯的熱電子發射與SCLC 效應.在量子點材料中,SCLC 的出現是陷阱填充限制電流的典型特征[37],源于內部陷阱作為空間電荷與注入電子的填充/脫俘限制作用,存在陷阱填充電壓VTFL,同時還會引起電子遷移率與電流密度的顯著變化[38],符合HRS/LRS 的切換行為.此外,熱電子發射效應是肖特基勢壘調制的常見現象,對應于電極熱發射電子躍遷界面肖特基勢壘的傳輸過程,其電流密度由勢壘高度控制[39].同時,SnO2QDs 的熱電子發射效應與SET 過程相鄰,與SET/RESET 電壓變化具有相關性.因此可以推斷,SnO2QDs 的阻變效應由陷阱填充限制電流與界面肖特基勢壘調制共同作用;陷阱對電子的填充/脫俘行為主導了HRS/LRS 切換,而界面肖特基勢壘則調控其注入電流密度與SET/RESET 電壓.

圖6 所示為SnO2QDs RRAM 能帶結構示意圖及模擬電路圖.在初始狀態下(圖6(a)),費米能級達到熱平衡,ITO/SnO2QDs 與SnO2QDs/Au界面形成了內建電場ES-I,ES-A(耗盡區寬度為WI,WA)與背靠背排列的肖特基勢壘φI與φA.φ1,φ2為兩側的電子勢壘.此外,肖特基勢壘在正負向偏置下具有差異巨大的結電阻RI,RA,對電壓的分壓作用VI與VA不可忽略[40].根據陷阱填充限制電流機理,陷阱填充電壓VTFL為,其中Nt為陷阱密度,其他參數與前文相同.

圖6 (a) ITO/SnO2 QDs/Au 界面勢壘模型;各階段的阻變行為 (b) 熱電子發射區域;(c) SET 過程;(d) RESET 過程;(e) SCLC區域;(f) RESET 階段熱電子發射區域Fig.6.(a) Schematic diagram of ITO/SnO2 QDs/Au interfacial barrier model and resistive switching behavior in (b) thermionic emission,(c) SET,(d) RESET,(e) SCLC,(f) thermionic emission of RESET process.

在負向電壓掃描初始階段(0

當電壓掃描轉為正向后,φI處于正偏置,φA處于負偏置;隨著電壓增大,隨之減小,隨之增大,被俘獲電子受到偏壓激發逐漸脫離陷阱,但跳躍路徑仍存在;此時陷阱脫俘電子濃度遠大于熱注入電子濃度,故器件處于LRS.當電壓增大至VRESET時(圖6(d)),SnO2QDs 層的實際施加電壓達到電子脫俘電壓VDetrap,貫通器件的陷阱/電子跳躍路徑斷開,注入電流受到界面肖特基勢壘限制使得電流密度與電子遷移率迅速降低,切換為HRS.此時RI,較小,而RA,較大,內建電場得到增強,分壓作用強烈.圖6(e)所示為電壓回掃(5V>V>V2)階段,Au 電極熱注入電子越過界面肖特基勢壘φA進入SnO2QDs層后被陷阱再次俘獲,而極高的偏壓激勵又使其脫俘;陷阱作為空間電荷與注入電子的填充/脫俘限制作用表現為空間電荷限制電流,電荷傳輸由SCLC 機制主導.隨后電壓減小(V2>V>V3),SnO2QDs 內部陷阱處于未填充狀態,此時SnO2QDs/Au 界面肖特基熱發射電子決定了整體的電流密度,故電荷傳輸表現為熱電子發射機制,如圖6(f)所示.隨后電壓減小至0 V,器件內部只有SnO2QDs 熱運動產生的電子在導帶遷移,電荷傳輸為歐姆電導.

由于量子尺寸效應,不同尺寸SnO2QDs 的能帶結構不同,3.53 nm 與2.51 nm 的SnO2QDs 相比具有更小的界面肖特基勢壘高度,因此熱注入電流增大,且結電阻分壓作用降低,HRS/LRS 轉換的SET/RESET 電壓減小.綜上所述,SnO2QDs RRAM 的開關電壓呈現量子點尺寸依賴性,其大小可以通過尺寸簡單而有效地調控.

4 結論

本文采用溶劑熱法制備了2.51 nm,2.96 nm和3.53 nm SnO2QDs,使用簡單的旋涂法制備了全無機ITO/SnO2QDs/Au RRAM,并基于SnO2QDs 的量子尺寸效應,實現了尺寸對阻變性能的有效調控.研究表明,SnO2QDs RRAM 具有良好的尺寸-開關電壓依賴性;隨著SnO2QDs 尺寸的增大,SnO2QDs 與ITO,Au 電極界面肖特基勢壘高度降低,分壓效果減小,因而SET/RESET電壓隨之降低.此外,器件具有典型的雙極型開關行為,3.53 nm 的 SnO2QDs RRAM 具有較小的開關電壓(–2.02 V/3.08 V)與較大的開關比值(104),并且器件在2×104次循環讀寫測試下阻變性能退化低于5%,顯示出良好的穩定性.在庫侖阻塞效應的基礎上,SnO2QDs 的內部缺陷勢阱對電子的填充/脫俘作用主導了阻變開關行為.實驗和理論研究結果表明,SnO2QDs 在阻變存儲領域中具有潛在的商業化應用前景,為下一代阻變存儲器提供了一種新的思路.