雙層過渡金屬氧化物異質結憶阻器及其阻變機理研究.pdf

1、自2008年惠普公司利用憶阻器件建立了憶阻器的物理模型以來，憶阻器在新型非易失存儲、邏輯運算和大腦神經(jīng)功能模擬方面都展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。近年來隨著人工智能的興起，從硬件上設計并開發(fā)出能夠模擬人腦學習、遺忘和認知的納米器件尤為重要。因此利用憶阻器去模擬大腦不同類型的神經(jīng)功能成為憶阻器研究領域的熱點。通過對憶阻器中電極材料的優(yōu)化選擇、制備過程的調控以及器件結構的設計可有效控制阻變過程中的各類物理變量，進而得到能夠模擬復雜神經(jīng)功能的阻變特

2、性。本論文的研究工作主要圍繞以上關鍵內(nèi)容展開：一、研究了電預處理過程和電極材料對CuO,ZnO,Ta2O5阻變特性的影響規(guī)律。二、研究了兩種具有pn和nn異質結的憶阻器阻變特性和阻變機理。具體的研究內(nèi)容如下：
　　CuO是一種常用的價格低廉的半導體材料。采用射頻（RF）磁控反應濺射的方式，制備了具有不同氧含量的CuO薄膜，構建了Pt/CuO/Pt器件，在氧含量為8％的CuO器件中實現(xiàn)了單極性和雙極性阻變的共存，同時通過控制外加電壓

3、的極性，可獲得數(shù)字型（Digital）和模擬型（Analog）兩種不同類型的阻變行為，研究表明電場驅動和焦耳熱驅動下氧空位遷移相關的阻變機理。
　　系統(tǒng)研究了電極材料對ZnO和Ta2O5憶阻器性能的影響，采用直流（DC）磁控直接濺射的方式，制備了多種金屬電極材料，研究發(fā)現(xiàn)了活性電極Ag、惰性電極Pt以及易氧化電極Ti和Al對ZnO和Ta2O5阻變性能具有顯著影響。
　　基于p型CuO，n型的ZnO和Ta2O5，構建了Ag/T

4、a2O5/CuO/Pt和Pt/Ti/Ta2O5/ZnO/Pt兩種分別具有pn和nn異質結結構的憶阻器件。Ag/Ta2O5/CuO/Pt具有連續(xù)易失性的阻變特性，利用連續(xù)的相同脈沖可實現(xiàn)電導的持續(xù)增強和抑制，這種特性是模擬突觸長時程增強（LTD）和長時程抑制（LTP）可塑性的重要基礎，同時利用阻態(tài)易失的特點模擬了大腦學習和遺忘的過程。研究發(fā)現(xiàn)pn結和空間電荷限制電流（SCLC）導電機制是其阻變產(chǎn)生的原因。
　　Pt/Ti/Ta2O5