巨电致电阻效应中导电路径的形成与演变过程研究

巨电致电阻（CER）效应是氧化物材料中的一种新的物理效应，基于CER效应而开发的阻变存储器（RRAM）是存储器件研究领域的重要发展方向。然而，CER效应物理机制目前还不是十分清楚，这已经成为制约RRAM实用化发展的主要障碍。导电路径的观测与研究是CER效应物理机制研究中的重要内容。以往的研究由于受研究手段的限制而难以实现导电路径的原位实时观测。本项目以氧化钨材料为主要研究对象，在研究其电致电阻转变性质的同时，利用其独特的电学和光学相互关联特性，通过器件结构设计和离子掺杂，采用光学方法原位实时观测导电路径在CER效应中的动态演变过程，系统研究导电路径形成与演变过程与影响因素，为深入揭示CER效应的物理机制提供实验依据。

巨电致电阻（CER）效应是氧化物材料中的一种新的物理效应，基于CER效应而开发的阻变存储器（RRAM）是存储器件研究领域的重要发展方向。然而，CER效应物理机制目前还不是十分清楚，这已经成为制约RRAM实用化发展的主要障碍。目前较为一致的观点认为电阻转变不是材料整体变化造成的，而是在其中形成了局部的导电通道，电阻转变来自于导电道道的形成与断裂。因此，导电通道的观测与表征是CER效应物理机制研究中的重要内容。本项目的工作围绕导电通道这一主题开展，主要研究结果和进展体现在以下四个方面：1）利用导电AFM技术实现了氧化钨薄膜中导电不均匀性观察，揭示了电阻转变区域与薄膜晶粒和晶界的关系；2）利用氧化钨材料独特的电学和光学相互关联特性，通过器件结构设计和离子掺杂，采用光学方法原位实时观测导电路径在氧化钨材料内部的动态演变过程，系统研究导电路径形成与演变过程与影响因素；3）利用微区XPS方法，证实了阻变过程中所伴随的银电极自身的氧化还原反应； 4）通过在氧化锌薄膜中引入纳米银金属颗粒，实现了对导电通道形成位置的控制，使得电阻转变参数的稳定性得到明显提高。这些研究结果为深入揭示CER效应的物理机制和纳米级氧化物基阻变器件的制备提供了实验依据和理论参考。