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半导体器件尺寸的不断缩小和性能的不断提高是推动信息技术与集成电路产业快速发展的重要动力。存储器件作为对信息进行读写、保持、擦除等操作的半导体器件,几乎是各类电子产品中不可缺少的组成部分。随着工艺水平提高,目前主流的非挥发性Flash闪存存储在理论和技术等方面都遇到严重瓶颈,无法满足集成电路迅速发展对器件更高可靠性、更高存储密度以及更低操作功耗的巨大挑战。因此,许多基于不同原理的新型存储器件被提出,并受到学术界和产业界的广泛关注。其中,阻变存储器件(resistive random access memory, RRAM),因其具有器件结构简单、高速擦写、低压高密度操作以及很强的尺寸缩小能力等优势,被认为是下一代非挥发性存储器件的最有力竞争者之一。尤其是,以有机材料作为存储材料的有机阻变存储器件,由于兼具有机材料和阻变存储器件二者各自的优点而被广泛研究。 本论文的主要工作是制备与现有工艺相兼容的有机阻变存储器件,并通过改善材料制备工艺以及器件结构在有机阻变存储器件领域实现器件的低功耗操作,分析讨论器件阻变机制以及进一步优化有机阻变存储器件性能的方法。 本论文成功制备了一种基于有机聚合物材料的阻变存储器件。该器件与现有CMOS制备工艺具有良好的兼容性,有机阻变薄膜采用聚合物化学气相淀积(Polymer Chemical Vaporization Deposition,Polymer CVD)的方法实现,阻变薄膜具有良好的完整性和保形性,而且制造过程无污染。经测试,该器件展示出优异的存储性能,具有大开关比,高稳定性等。理论分析与实验验证表明器件的阻变机理为金属导电细丝机制。为有效提高器件的存储密度,本文使用脉冲编程或擦除的操作方式,通过改变脉冲宽度(或者施加脉冲的数目)来实现器件的多值存储,该方法在有机阻变存储器件中属于首次应用,具有很大的发展潜力。 针对目前报道的有机阻变存储器件操作电流大,功耗高的缺点,本论文成功设计并制备了基于双有机层的阻变存储器件,在有机阻变存储器件领域首次实现低功耗操作。该器件的操作电流相比一般的有机阻变存储器件降低5至6个数量级。并且该器件表现出自限流特性,避免开启过程中对器件施加限制电流的需求。器件自限流的特性使其可以更加方便有效的应用到存储阵列中。本论文还对器件实现低功耗的机制进行分析,利用实验方法验证了器件的低功耗机制。然而,由于工艺的波动和实验设计的欠缺,低功耗有机阻变存储器件的良率以及循环等特性还需要进一步的提高。 此外,本论文针对具有广泛应用前景的柔性器件进行研究。成功设计并制备了柔性衬底上的有机阻变存储器件,该阻变器件具有可弯曲透明等优点,可以覆盖在柱形纸筒、不规则物体等表面,有效地扩展了有机阻变存储器件的应用范围。同时,本论文对有机材料与无机材料相结合的双层阻变存储器件进行了初步研究,探讨掺杂无机存储层对有机阻变存储器件的影响。