【摘 要】
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近年来,大数据、云计算、物联网和人工智能等信息技术的快速发展对数据的采集、传输、存储和处理提出了更高的要求。忆阻器（Memristor）由于其独特的阻变特性和记忆功能,有望为更大容量的存储设备和更高效的信息处理系统的研究带来新的突破。目前忆阻器的阻变参数散布性大和阻变机制不明确等问题,仍然是限制其大规模应用的巨大阻碍。本论文从材料特性的角度出发,研究了改善忆阻器件阻变参数散布性的方法及其机理,主要
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近年来,大数据、云计算、物联网和人工智能等信息技术的快速发展对数据的采集、传输、存储和处理提出了更高的要求。忆阻器（Memristor）由于其独特的阻变特性和记忆功能,有望为更大容量的存储设备和更高效的信息处理系统的研究带来新的突破。目前忆阻器的阻变参数散布性大和阻变机制不明确等问题,仍然是限制其大规模应用的巨大阻碍。本论文从材料特性的角度出发,研究了改善忆阻器件阻变参数散布性的方法及其机理,主要完成了以下的研究工作:（1）通过对基于磁控溅射制备的TiN/HfO2/CeOx/TiN器件进行电流-电压（I-V）测试,发现器件的设置电压(VSET)和重置电压(VRESET),低阻态电阻(RLRS)和高阻态电阻(RHRS)表现出大的离散性。为了改善器件电阻开关参数的稳定性,对其进行不同温度和不同时间的快速退火。通过X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）分别测试了快速退火对HfO2和CeOx中的氧空位含量和对CeOx薄膜中晶粒尺寸的影响。结果表明:器件CeOx薄膜中晶界的减小以及HfO2和CeOx薄膜中的氧空位浓度降低的综合作用是器件性能散布性改善的原因。（2）研究了借助超薄阳极氧化铝（AAO）模板制备的TiN/HfO2/CeOx/Ti nano-island（NI）/TiN器件的阻变特性。通过分析I-V曲线,研究了Ti纳米岛对器件电阻开关散布性的改善。同样地,我们在400℃的不同气氛下对其进行了2 min的快速退火。通过XPS测试分析了不同气氛下快速退火对HfO2中氧空位含量的影响,说明了氧空位在电阻开关行为中的重要作用,也进一步说明了在400℃的空气中快速退火2 min是改善氧化铈基忆阻器件开关参数散布性的较理想条件。（3）通过对基于磁控溅射和原子层沉积制备的Pt/TaOx/Ta2O5/TiN和Pt/TaOx/Ta2O5/Ta NI/TiN器件进行电学性能的测试,并与Pt/TaOx/TiN,Pt/Ta2O5/TiN,Pt/Ta2O5/Ta NI/TiN器件进行对比,分析了TaOx层和Ta纳米岛对器件的阻变特性的影响。I-V曲线的分析结果表明TaOx层的加入对TaOx/Ta2O5双层结构器件的RLRS和RHRS散布性有明显的改善效果。另外,Ta纳米岛的嵌入也使TaOx/Ta2O5双层器件的RLRS和RHRS分布更加集中,而且可以使突变的RESET转变为缓变的RESET过程。总之,本论文研究了基于氧化铈和氧化钽两种介质层材料忆阻器件的阻变性能,并分别通过快速退火和嵌入金属纳米岛的方式来改善忆阻器件的开关参数分布性,为进一步提高忆阻器阻变参数的均一性提供了参考,给忆阻器未来的更好应用打下了材料体系研究的基础。
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