阻變存儲器材料與器件

前言第 1章緒論 1
1.1 存儲器概述 3

1.1.1 易失性存儲器 3

1.1.2 非易失性存儲器 4

1.2 新型非易失性存儲器的研究進展 6

1.2.1 鐵電隨機存儲器 6

1.2.2 磁阻隨機存儲器 7

1.2.3 相變存儲器 8

1.2.4 阻變存儲器 9

參考文獻 9

第 2章阻變存儲器基礎(chǔ) 12

2.1 電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)簡介 12

2.2 電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域 14

2.2.1 阻變隨機存儲器 14

2.2.2 可編程邏輯電路 14

2.2.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬 15

2.3 阻變存儲器的基本結(jié)構(gòu) 15

2.4 阻變存儲器的性能參數(shù) 16

2.5 阻變存儲器的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀 18

參考文獻 21

第 3章阻變存儲器的材料體系及制備方法 23

3.1 阻變介質(zhì)材料 23

3.1.1 介質(zhì)材料概述 23

3.1.2 二元氧化物 25

3.1.3 三元及多元氧化物 29

3.1.4 硫族固態(tài)電解質(zhì) 30

3.1.5 其他無機材料 31

3.1.6 有機介質(zhì)材料 32

3.2 電極材料 34

參考文獻 35

第 4章阻變存儲器的電阻轉(zhuǎn)變機理 40

4.1 金屬導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲器 40

4.1.1 基本特征 40

4.1.2 金屬導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲器的材料體系 42

4.1.3 金屬導(dǎo)電細(xì)絲的表征 82

4.1.4 導(dǎo)電細(xì)絲的形狀和生長方向 93

4.1.5 導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲器的小型化潛力 102

4.2 氧空位導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲器 103

4.2.1 基本特征 103

4.2.2 典型的氧空位導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲器 105

4.2.3 電初始化過程 138

4.2.4 電極與界面的影響 146

4.3 界面勢壘調(diào)節(jié)型阻變存儲器 148

4.3.1 基本特征 148

4.3.2 接觸電阻的本質(zhì) 149

4.3.3 耗盡層寬度的變化 151

4.3.4 電阻轉(zhuǎn)變區(qū)域 151

4.3.5 氧空位的作用 153

4.4 電荷俘獲釋放型阻變存儲器 155

4.4.1 基本特征 155

4.4.2 界面陷阱型 156

4.4.3 納米插入層陷阱型 157

4.4.4 均勻分布陷阱型 164

4.5 電致熱化學(xué)轉(zhuǎn)變型阻變存儲器 166

4.5.1 氧化物中的熱化學(xué)轉(zhuǎn)變 167

4.5.2 有機物中的熱化學(xué)轉(zhuǎn)變 170

4.6 其他類型的阻變存儲器 171

4.6.1 無機物中獨特的電阻轉(zhuǎn)變類型 171

4.6.2 有機物中獨特的電阻轉(zhuǎn)變類型 174

參考文獻 176

第 5章阻變存儲器的性能優(yōu)化 188

5.1 介質(zhì)材料的摻雜改性 188

5.1.1 氧化物阻變存儲器的摻雜改性 189

5.1.2 氮化物阻變存儲器的摻雜改性 202

5.2 電極工程 210

5.21 氧離子遷移型器件的電極優(yōu)化 210

5.22 電極的合金化 223

5.23 電極界面形貌的修飾 226

5.3 界面工程 228

5.3.1 金屬插入層對界面的調(diào)控 228

5.3.2 氧化物插入層對界面的調(diào)控230

5.3.3 其他功能層對界面的調(diào)控 232

5.4 多值存儲與量子導(dǎo)電 234

5.4.1 不同電阻轉(zhuǎn)變機制耦合導(dǎo)致的多值存儲 235

5.4.2 調(diào)控導(dǎo)電細(xì)絲形態(tài)獲得的多值存儲 241

5.4.3 量子導(dǎo)電行為 244

5.5 器件結(jié)構(gòu)和外圍電路優(yōu)化 253

5.5.1 十字交叉陣列的邊緣效應(yīng) 253

5.5.2 三維存儲 255

5.5.3 外圍電路優(yōu)化 259

參考文獻 260

第 6章阻變存儲器的集成結(jié)構(gòu) 266

6.1 二極管-電阻器 (1D1R)結(jié)構(gòu) 268

6.2 自整流阻變存儲器結(jié)構(gòu) 271

6.2.1 自整流阻變存儲器概述 271

6.2.2 SiOx基自整流阻變存儲器 273

6.2.3 ZnO基自整流阻變存儲器 277

6.2.4 自整流阻變器件在十字交叉陣列中的驗證 285

6.3 互補型阻變存儲器結(jié)構(gòu) 286

6.3.1 互補型阻變存儲器概述 286

6.3.2 電極材料對互補型電阻轉(zhuǎn)變特性的影響 290

6.3.3 互補型阻變存儲器的結(jié)構(gòu)簡化 298

6.3.4 三明治結(jié)構(gòu)中的互補型電阻轉(zhuǎn)變 312

6.4 選通管-電阻器 (1S1R)結(jié)構(gòu)313

6.4.1 雙向選通管器件概述 313

6.4.2 1S1R集成結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例 315

參考文獻 319

第 7章電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)的其他應(yīng)用 323

7.1 神經(jīng)突觸模擬與仿生 323

7.1.1 神經(jīng)突觸簡介 324

7.1.2 電阻轉(zhuǎn)變器件模擬神經(jīng)突觸 325

7.1.3 基于 InGaZnO材料的神經(jīng)突觸模擬 329

7.1.4 PEDOT:PSS導(dǎo)電行為的調(diào)控與神經(jīng)突觸模擬 338

7.2 電阻轉(zhuǎn)變行為與其他物理現(xiàn)象的耦合 349

7.2.1 電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)對磁性的調(diào)制 350

7.2.2 電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)與光電效應(yīng)的耦合 365

7.2.3 電阻轉(zhuǎn)變器件的超導(dǎo)特性 368

7.3 邏輯電路應(yīng)用 370

7.3.1 FPGA中的可重構(gòu)開關(guān) 371

7.3.2 基于阻變器件的邏輯門 372

7.3.3 實質(zhì)蘊涵邏輯門 374
參考文獻 377