局域氧空位分布及其对阻变存储器细丝导通机制的影响研究

Resistive random access memory (RRAM) gets "1" and "0" states through the reversible conversion between high and low resistance state, which possesses promising commercial prospects during its simple, effective and non-volatile characteristics. However, the mechanism of RRAM resistive change is not clear, which has been the bottleneck for its application. The new research idea based on the locally non-uniform distribution of oxygen vacancy is adopted in this project. Pertinently characterize the evolution of electrical and structural parameters, at the same time, using internal gradient electrical field concept, investigate the formation, initial position and working mechanism of the filament path, which is highly related to the oxygen localized distribution.

阻变存储器通过高、低阻态之间的可逆转换来得到"1"和"0"二进制状态，其简单高效和非挥发性的存储优点极具商业前景。但是，RRAM阻变机制尚不清楚一直是限制其应用的瓶颈。本项目基于新的研究思路，即氧空位局域聚簇的非均匀分布，针对性地进行电学和结构参量的分析表征，结合内建梯度电场的理论研究氧空位局域分布影响下的细丝阻变通道的形成原因、位置和作用机理。

目前阻变存储器（RRAM）的机理还存在着争议。阻变行为更广泛的被归因于电场作用下导电细丝的形成和破坏。 基于细丝机制的这种解释通常假定（或不考虑）在RRAM中,分布在阻变层内部的氧空位是理想的均匀态。这虽然有助于模型的建立,但引出一个问题：均匀分布的氧空位状态,如何确定阻变层内部导电细丝的起始形成位置。而细丝在氧化物内部（阻变层的主体）如何选择生长路径，尚依赖于“随机”的解释.本项目从绝缘阻变层的氧空位分布，探讨阻变行为，并寻求调控提升RRAM性能的方法。本项目通过大量系统的XPS表征，结合电学测量，验证并解释了氧空位局簇分布理论。通过极化内建电场调控的方法，提高了存储器的存储窗口。同时，利用Ti与氧强的结合性，找到了一种提高RRAM稳定性和均匀性的实用方法。