随着大数据和物联网时代数字通信技术的飞速发展, 忆阻器在高密度数据存储技术和神经形态计算等应用中扮演着越来越重要的角色. 得益于共价有机框架(COF)材料优异的可设计性及独特的光电特性, 同时, 伴随着液体界面辅助的制备策略不断发展与完善, COF材料在存储器件中的应用得到了极大推广. 为了开发更高性能的基于COF材料的存储器件, 需要全面地了解从材料设计、制备到器件应用的不断发展. 因此, 本综述系统地总结了COF薄膜的制备策略及其在忆阻器中应用的进展. 最后, 对基于COF存储器件的当前挑战及未来发展进行了总结与展望.
忆阻器是由两个电极及夹在两电极之间的功能层所组成的两端器件, 通过对两端施加电压而实现器件电阻态的切换. 其具有器件结构简单、功耗低、持久的耐久性、优异的保留特性以及易于实现高密度存储, 因而在信息存储和神经形态计算中备受关注. 到目前为止, 不同种类的材料被广泛用做忆阻器的功能层, 包括氧化物、钙钛矿、有机材料、量子点、氢键框架材料以及无机二维材料等. 随着信息时代的不断发展, 不断开发可作为忆阻器功能层的新材料对于提升器件存储性能等方面至关重要.
共价有机框架材料(COF)是一类由有机单体之间通过共价键相互连接而成的结晶多孔聚合物材料, 单层或少数几层的COF则被称为二维聚合物(2DP). 由于其具有可设计的骨架和孔结构, 在气体分离、能量存储和生物医学等领域显示出巨大的应用潜力. COF材料在结构、性质和功能上具有很好的可设计性, 其能带结构、拓扑结构以及孔环境均可以通过对组成单元及连接键进行设计而实现精准的调控, 这对于实现性能优异的光电器件至关重要. 此外, COF材料具有独特的一维孔道和共轭骨架, 有利于离子传输(质子和金属离子等)和电子耦合, 而忆阻器的电阻转换行为通常伴随着电子、离子等电荷的场致输运. 因而, 将COF材料作为忆阻器的功能层并以此来探究电场作用下器件中的纳米尺度电荷输运机制, 对于设计并制备性能更加优良的忆阻器功能层具有一定的指导意义. 与吸附分离、催化等应用不同, 器件应用要求材料能够容易地加工成高质量的薄膜形态. 为推动共价有机框架材料在器件领域的应用研究者发展了多种不同的策略用于制备高质量的共价有机框架薄膜. 到目前为止, 已经有相关文献对晶态有机框架材料在忆阻器及神经形态应用方面的工作进行了总结. 在所有制备有机框架薄膜的方法中, 基于液体界面辅助的方法得到的材料可以方便地转移在各种基底上, 因此, 本综述从基于液体界面辅助的方法制备COF材料出发并总结了近几年COF材料在忆阻器中的应用研究进展(图1), 并在最后对相关内容进行了总结与展望.
图1 COF薄膜的制备及在忆阻器中的应用
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刘磊, 邹相龙, 吴凌莉, 雷圣宾. 共价有机框架薄膜的界面生长策略及其在忆阻器中的研究进展. 中国科学:化学, 2024, DOI:10.1360/SSC-2024-0005
