过渡金属氧化物基阻变存储器界面工程及其对性能优化的研究

本项目以过渡金属氧化物阻变存储器为研究对象，在制备高质量具有良好阻变特性样品的基础上，针对器件阻变过程中界面及界面势垒的相关问题进行系统的研究：实验测量和理论计算相结合，研究表征界面特征及其对器件一致性、稳定性、耐久性等性能的影响；通过制备不同材料和结构组合的器件，调控氧化物阻变层界面结构，研究阻变行为对各种微结构（包括晶粒尺寸、间界、缺陷等）的依赖性；利用微观表征技术对器件界面进行实时探测，建立界面微结构、内部阻变层微结构以及器件宏观电学性质三者之间的关联性；总结分析实验数据，建立相关物理机制和模型阐明界面结构对RRAM器件电致阻变特性的作用机理，为器件的材料选择和结构设计提供理论指导，达到利用界面工程优化器件性能的目标。研究成果有望在RRAM存储器基础研究的关键问题和核心技术上取得突破，从而在技术实用化进程中占得先机，创造巨大的科技和经济价值。

本项目针对氧化物阻变存储器件（RRAM）阻变过程中界面层及界面势垒的相关问题进行了系统地研究，阐明了界面层及界面势垒对器件阻变特性的调制规律和作用机理，为利用界面工程优化RRAM器件性能和设计新的应用方向提供了理论指导和技术支持。项目在界面调制效应物理机理研究、器件性能优化设计和原型器件制备以及新材料新器件的多功能应用的开发取得了一系列研究成果，主要包括：.1)在物理机理研究方面：阐明了氧化物界面层或活性阻变层在双极阻变行为中的特征规律和作用机理；提出并研究了氧空位通道型器件中离子迁移过程的热加速效应；成功实现了利用界面层和界面势垒调控氧化物阻变层的磁学性质；研究了单双极器件中电驱动机制和热驱动机制之间相互促进相互竞争的关系。.2)在界器件性能优化设计方面：利用界面势垒实现了具有整流特性阻变行为的RRAM器件，提出并演示了其具自选择抗串扰功能；基于界面工程，对氧化物阻变层进行点状掺杂并获得了显著提高的器件性能。.3)在新材料新器件开发方面：系统研究了室温多铁材料BiFeO3的电输运行为、铁电性和光电特性之间的关联性，阐明了BiFeO3材料中铁电极化电荷、铁电畴重构和氧空位缺陷分布对其器件特性的影响和调控作用，展示了其作为新型多功能器件的应用前景。. 项目实施期间，我们围绕任务书的研究内容和研究目标稳步开展了课题研究工作，在全体参加人员的共同努力下，最终超额完成了任务书计划任务，实现了预期研究目标。相关的研究工作成果整理发表SCI论文10篇，申请发明专利3项。