宁波材料所全透明氧化物阻变器件研究取得进展

基于电致阻变效应的电阻式随机存储器（RRAM）有望综合动态随机存储器（DRAM）、静态随机存储器（SRAM）和闪存（FLASH）三大主流存储器各自的存储特性，集非易失性、非破坏性读出、高存取速度、工艺和器件结构简单、可嵌入功能强等优点于一身，弥补现在DRAM、SRAM易失性和FLASH擦写速度慢的缺点，是下一代存储器的候选者之一。

近几年，中国科学院宁波材料技术与工程研究所李润伟研究团队针对发展电阻式随机存储技术中的关键问题，提出了采用电场控制化学掺杂、官能团吸/脱附、离子扩散等方式获得电致阻变效应，发展了几类具有自主知识产权的电致阻变材料[JACS.134, 17408 (2012)、APL.95, 232101 (2009)、APL.96, 163505 (2010)、APL.97, 042101 (2010)]；通过导电原子力显微镜在纳米尺度内直接观察了离子的输运过程[Sci. Rep.3, 1084 (2013)]，利用电场控制离子输运构造了原子尺度量子点接触结构，获得了可在原子尺度下实现信息存储的离子型多阻态RRAM存储器件[Adv. Mater.24, 3941 (2012)]。这些新型RRAM材料及原型器件的研究，为发展多功能、小尺寸、高密度信息存储器提供了支持。

最近，该研究团队设计并制备了具有卓越存储性能的全透明氧化物存储器件。在不发生软击穿（forming-free）的情况下该透明器件具有明显的双极性电阻转变特性，高低阻态开关比为 ~ 45；具有良好的抗疲劳性；保持时间大于107s（推演得到连续操作10年后高低阻的比值衰减小于17.6%）。此外，该器件在近紫外-可见-近红外（200 nm ~ 2000 nm）波段范围内具有出色的透光性，并且在10 到490 K（即~ ±240 °C）的宽温区范围内都可以稳定地保持其存储性能，综合指标优于目前所报道的透明RRAM 器件，在未来透明电子产品上具有应用前景。进而，通过X射线光电子能谱深度分析（XPS Depth-Profiling）技术研究了起始态（IRS）和低阻态（LRS）下HfOx薄膜中不同深度处的氧/铪成分分布，发现在电场作用下，氧离子迁移以及金属铪富集所形成的导电丝的生长、断裂和再生是该器件阻变过程的物理机制。

相关工作发表在Adv. Funct. Mater.24, 2110（2014）上，并被编辑选作内刊封面论文。该研究工作获得了国家自然科学基金、“973”子课题、浙江省以及宁波市等项目支持。（宁波材料技术与工程研究所）

透明阻变存储器件的透光性、器件结构、阻变性能、氧离子迁移机制，以及文章封面。

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