氧化物忆阻器材料及其阻变机理研究进展

忆阻器是目前材料和电子领域的研究前沿和热点,氧化物材料在忆阻器研究中具有重大价值。本文综述了近年来研究较多的几种典型氧化物忆阻器材料,包括TiO_2、SiO_x、HfO_x、Al_2O_3、ZnO、ZrO_2、TaOx以及ZnSnO_3等,并介绍了导电细丝机制、氧化还原机制、边界迁移机制以及相变机制等四种常见的阻变机理,展望了未来忆阻器材料研究的方向与重点。

碳纤维忆阻器设计及其电学性质研究

将碳纤维表面改性后,依据其尺寸效应和表面特性,设计了一种十字交叉碳纤维忆阻器模型。分析了模型的阻变机理,定性地从理论上指出,由束缚电荷产生的电场对忆阻效应起了决定作用。对该模型结构、导电机理和材料属性进行分析讨论,推导出了忆阻器的解析公式。对其各个参数的影响进行了分析与比较,仿真结果发现该模型电压电流特性曲线(voltage-current characteristic curve,V-I)能够与惠普模型相吻合,呈现典型的忆阻特征。实验测量结果与仿真结果基本一致。

Cu_(2)Se热电忆阻器模拟计算与性能表征

忆阻器是一种可以通过改变电阻来储存信息或者进行计算的电路元件。但脉冲电路脉宽达到纳秒级较为困难,这限制了忆阻器改变电阻的速度。而脉冲激光器的脉宽很短,很容易达到纳秒级。Cu_(2)Se是典型的在梯度温场作用下空穴和Cu+同时参与定向迁移的热电材料,在无梯度温场时Cu^(+)迁移不可逆,并且热场或梯度温场是比电场、激光、氧化还原反应等所需能量低的能量转换形式,因此Cu_(2)Se有可能成为一种消耗能量更低的可用温差驱动的热电忆阻器材料。本工作模拟建立了用脉冲激光器照射Cu_(2)Se样品后在不同时刻厚度方向上的温度分布模型,根据其热电性能计算了不同位置的温差电势与电场强度,同时制备了Cu_(2)Se热电忆阻器并测定了其电学性质。实验结果表明,厚度为70μm、测试探针间距为1 mm的Cu_(2)Se样品从高阻态转变为低阻态时需要的重置电压为0.47 V,从低阻态转变为高阻态时需要的重置电压为0.40 V,其重置电场强度小于0.5 V/mm,证明了Cu_(2)Se热电材料不需要一个初始高电压来激发其忆阻器效应,给出了热电忆阻器的工作原理。计算结果,表明经脉冲激光作用后Cu_(2)Se样品在厚度方向上的电场强度(50~0.56 V/mm)均大于电阻转变所需要的电场强度(0.5 V/mm),在理论上证明了用激光照射Cu_(2)Se热电材料制作热电忆阻器件的可行性。