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二维SnSe材料的铁电性及生物神经突触模拟研究

中文摘要

二维范德华（vdW）铁电体由于在多功能应用（如光电存储、神经突触模拟

等）方面具有极大的应用潜力而受到广泛关注。然而，二维范德华铁电体在超薄

原子尺度上和传统铁电材料一样受到去极化场和界面效应的影响，面外铁电性减

弱甚至消失。因此，为避免去极化场的影响，发展面内铁电材料至关重要。正交

IV-族硫属化合物(MX；MSn/GeandXS/Se)已被理论报道具有面内铁电性。

目前，SnS已被实验证实具有室温面内铁电性。作为同族化合物SnSe是否也可

以在实验上验证具有面内铁电性呢？它的铁电极化强度是多少？是否可以基于

SnSe的铁电性开发新的功能应用？这些问题依然需要去探索并解决。基于此，

本论文主要从以下几个方面展开研究：

（1）二维SnSe材料的制备及表征。采用机械剥离技术，通过优化不同的剥

离参数，获得最优剥离条件为使用PDMS胶带、加热温度约80℃、转移时间约

15min；剥离出尺寸约为20-50μm、厚度约为10-40nm的均匀二维SnSe材料。

通过对其形貌、元素组成比例以及晶体结构的表征证实表面平整、高结晶度、具

有褶皱结构的SnSe纳米片被成功获得，为研究其铁电性提供材料储备。

（2）二维SnSe材料的铁电半导体特性研究。将剥离的不同厚度SnSe纳米

片转移到预先沉积有Au电极（厚度约50nm）的SiO/Si衬底上，制备Au/SnSe/Au

2

两端平面器件。在室温真空环境下，采用双波法测试证实样品均具有铁电性，并

2

通过铁电仪表征发现纳米片的极化强度约为1.4µC/cm；而且，采用压电力显微

镜（PFM）观察到SnSe面内铁电畴的存在；此外，根据转移与输出特征曲线表

明SnSe为p型半导体材料。

（3）SnSe基忆阻器的神经突触模拟研究。在两端平面器件Ag/SnSe/Ag上

进行I-V输运测量发现，器件具有缓变的开关特征和优异的循环性（40cycles），

这种开关特性很可能是由于在电压作用下电化学活泼的Ag电极原子被离化并注

入到SnSe层间形成Ag导电细丝，进而通过调控导电丝粗细所致。此外，通过

电压操控和编程上述缓变的开关特性对突触功能进行模拟研究，包括：配对脉冲

I

易化（PPF）、短时可塑性（STP）、长时可塑性（LTP）等。这些结果表明SnSe

材料可作为人工记忆和电子突触的一个强有力的候选材料。

关键词：二维铁电材料，SnSe，机械剥离，室温铁电性，忆阻器，神经突触模拟

II

Ferroelectricandbiologicalsynapticsimulationof

Two-dimensionalSnSematerials

ABSTRACT

Two-dimensionalvanderWaals(vdW)ferroelectricshavegreatpotentialfor

multifunctionalapplications,suchassynapticsimulation,photoelectricstorage,etc.,

so,theyhavereceivedextensiveattention.However,two-dimensionalvanderWaals

ferroelectricscanalsobeaffectedbydepolarizationfieldsandinterfaceeffectsat

ultra-thinatomicscalesjustliketraditionalferroelectrics,andtheout-of-plane

ferroelectricsweakenorevenvanish.Therefore,inordertoavo