雙層過渡金屬氧化物異質(zhì)結(jié)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(yīng)用潛力。近年來隨著人工智能的興起，從硬件上設(shè)計并開發(fā)出能夠模擬人腦學(xué)習(xí)、遺忘和認(rèn)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(lǐng)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(diào)控以及器件結(jié)構(gòu)的設(shè)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(fù)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(guān)鍵內(nèi)容展開：一、研究了電預(yù)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(zhì)結(jié)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(dǎo)體材料。采用射頻（RF）磁控反應(yīng)濺射的方式，制備了具有不同氧含量的CuO薄膜，構(gòu)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(qū)動和焦耳熱驅(qū)動下氧空位遷移相關(guān)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(gòu)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(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(chǔ)，同時利用阻態(tài)易失的特點模擬了大腦學(xué)習(xí)和遺忘的過程。研究發(fā)現(xiàn)pn結(jié)和空間電荷限制電流（SCLC）導(dǎo)電機制是其阻變產(chǎn)生的原因。
　　Pt/Ti/Ta2O5