阻變存儲(chǔ)器材料與器件

前言第 1章緒論 1
1.1 存儲(chǔ)器概述 3

1.1.1 易失性存儲(chǔ)器 3

1.1.2 非易失性存儲(chǔ)器 4

1.2 新型非易失性存儲(chǔ)器的研究進(jìn)展 6

1.2.1 鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器 6

1.2.2 磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器 7

1.2.3 相變存儲(chǔ)器 8

1.2.4 阻變存儲(chǔ)器 9

參考文獻(xiàn) 9

第 2章阻變存儲(chǔ)器基礎(chǔ) 12

2.1 電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)簡(jiǎn)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(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu) 15

2.4 阻變存儲(chǔ)器的性能參數(shù) 16

2.5 阻變存儲(chǔ)器的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀 18

參考文獻(xiàn) 21

第 3章阻變存儲(chǔ)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(jī)材料 31

3.1.6 有機(jī)介質(zhì)材料 32

3.2 電極材料 34

參考文獻(xiàn) 35

第 4章阻變存儲(chǔ)器的電阻轉(zhuǎn)變機(jī)理 40

4.1 金屬導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲(chǔ)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(chǔ)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(zhǎng)方向 93

4.1.5 導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲(chǔ)器的小型化潛力 102

4.2 氧空位導(dǎo)電細(xì)絲型阻變存儲(chǔ)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(chǔ)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(shì)壘調(diào)節(jié)型阻變存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器 166

4.5.1 氧化物中的熱化學(xué)轉(zhuǎn)變 167

4.5.2 有機(jī)物中的熱化學(xué)轉(zhuǎn)變 170

4.6 其他類型的阻變存儲(chǔ)器 171

4.6.1 無機(jī)物中獨(dú)特的電阻轉(zhuǎn)變類型 171

4.6.2 有機(jī)物中獨(dú)特的電阻轉(zhuǎn)變類型 174

參考文獻(xiàn) 176

第 5章阻變存儲(chǔ)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(chǔ)器的摻雜改性 189

5.1.2 氮化物阻變存儲(chǔ)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(duì)界面的調(diào)控 228

5.3.2 氧化物插入層對(duì)界面的調(diào)控230

5.3.3 其他功能層對(duì)界面的調(diào)控 232

5.4 多值存儲(chǔ)與量子導(dǎo)電 234

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

5.4.2 調(diào)控導(dǎo)電細(xì)絲形態(tài)獲得的多值存儲(chǔ) 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(chǔ) 255

5.5.3 外圍電路優(yōu)化 259

參考文獻(xiàn) 260

第 6章阻變存儲(chǔ)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(chǔ)器結(jié)構(gòu) 271

6.2.1 自整流阻變存儲(chǔ)器概述 271

6.2.2 SiOx基自整流阻變存儲(chǔ)器 273

6.2.3 ZnO基自整流阻變存儲(chǔ)器 277

6.2.4 自整流阻變器件在十字交叉陣列中的驗(yàn)證 285

6.3 互補(bǔ)型阻變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 286

6.3.1 互補(bǔ)型阻變存儲(chǔ)器概述 286

6.3.2 電極材料對(duì)互補(bǔ)型電阻轉(zhuǎn)變特性的影響 290

6.3.3 互補(bǔ)型阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 298

6.3.4 三明治結(jié)構(gòu)中的互補(bǔ)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(shí)例 315

參考文獻(xiàn) 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(jiǎn)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(duì)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(shí)質(zhì)蘊(yùn)涵邏輯門 374
參考文獻(xiàn) 377