近日，微電子所納米加工與新器件集成技術(shù)研究室（三室）劉明研究員的科研團(tuán)隊(duì)在阻變存儲(chǔ)器（RRAM）微觀機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展。

　　RRAM具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高速、良好的器件可微縮性、易于3D集成等優(yōu)勢(shì)，是下一代高密度非易失性存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。RRAM器件具有揮發(fā)性和非揮發(fā)性兩種截然不同的轉(zhuǎn)變模式，這兩種轉(zhuǎn)變模式對(duì)于研發(fā)高密度存儲(chǔ)陣列都至關(guān)重要。研究表明，在一定條件下同一器件中可以實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性和非揮發(fā)性這兩種轉(zhuǎn)變模式的相互轉(zhuǎn)換，然而對(duì)于其內(nèi)在的物理機(jī)制仍不清晰。闡明這兩種轉(zhuǎn)變模式的微觀機(jī)制，有利于控制RRAM器件的轉(zhuǎn)變行為，提升RRAM器件的性能和建立精確的器件模型。

　　微電子所三室劉琦副研究員和孫海濤實(shí)習(xí)研究員等人針對(duì)上述兩種轉(zhuǎn)變模式的微觀機(jī)制開(kāi)展了系統(tǒng)的研究工作，發(fā)現(xiàn)在固態(tài)電解液基RRAM器件(Ag/SiO?/Pt)中通過(guò)控制電激勵(lì)過(guò)程中限制電流的大小，器件能夠在揮發(fā)性和非揮發(fā)性的阻變模式之間相互轉(zhuǎn)換。原位SEM和TEM 的觀測(cè)結(jié)果表明，兩種阻變模式下，Ag和Pt電極之間形成的導(dǎo)電通路的微觀結(jié)構(gòu)有著顯著的差別。揮發(fā)性阻變模式中形成了離散的Ag納米晶鏈構(gòu)成的導(dǎo)電通路，而非揮發(fā)性阻變模式中形成的導(dǎo)電通路則由連續(xù)的Ag納米晶構(gòu)成。電學(xué)傳輸機(jī)制的分析以及不同電阻狀態(tài)下導(dǎo)電通路中電勢(shì)分布的表征結(jié)果證明，不同于非揮發(fā)性阻變模式的微觀機(jī)制，揮發(fā)性阻變行為主要由離散的Ag納米晶之間的有效隧穿勢(shì)壘的變化主導(dǎo)。這一工作發(fā)表在2014年的Advance Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201401304），并被選為內(nèi)封面文章。

　　基于上述的研究結(jié)果，三室科研團(tuán)隊(duì)利用小限流電激勵(lì)過(guò)程中在氧化物固態(tài)電解液材料中形成的離散納米晶顆粒，構(gòu)建了局域自摻雜Ag納米晶的Ag/SiO?：Ag NC/Pt結(jié)構(gòu)器件，通過(guò)設(shè)計(jì)編程/擦除操作方式，獲得了具有負(fù)微分電阻效應(yīng)的多值阻變存儲(chǔ)器，并驗(yàn)證了其具有優(yōu)越的阻變存儲(chǔ)性能。

　　上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體基金和優(yōu)秀青年基金、科技部“973”和“863”等項(xiàng)目的支持。