光电协同调控下HfOx基阻变存储器的阻变特性*王英黄慧香黄香林郭婷婷†(长安大学材料科学与工程学院,西安710061)(2023年3月28日收到;2023年7月28日收到修改稿)利用磁控溅射法制备了Cu/HfOx/Pt和Cu/HfOx-ZnO/Pt器件.HfOx器件和HfOx-ZnO器件都表现出双极性阻变特性以及具有良好的保持性,但HfOx-ZnO器件具有更加优异的阻变性能,例如均一性、耐受性和重复性.研究表明,通过增加ZnO富氧层有利于提高器件的阻变性能.另外,HfOx薄膜的禁带宽度约为5.10eV,对255nm波长的光照没有响应.而HfOx-ZnO薄膜的禁带宽度减小为4.31eV,该器件在波长255nm的光照作用下,不仅可以提高器件的阻变性能,还可以通过设置不同强度的光照使器件具有多级存储的能力.研究发现,器件在有无光照作用下的阻变行为都与薄膜中的氧空位有关,所以本文提出了氧空位导电细丝物理模型来解释器件的阻变行为.本文使用光电协同的方法为研制出低功耗、高存储密度的阻变存储器提供了新思路.关键词：阻变存储器,氧空位,光电协调,多级存储PACS：72.60.+g,85.25.Hv,81.15.cdDOI:10.7498/aps.72.202307971引言随着云计算和人工智能的快速发展,传统非易失性存储器中最具代表的闪存(flash)正面临着工艺逼近物理极限的问题,即将不能满足人类对存储器小型化、高存储密度和低功耗的需求[1−4].因此,迫切需要开发下一代非易失性存储器.阻变存储器(resistancerandomaccessmemory,RRAM)因其结构简单、存储密度高以及与互补金属氧化物半导体(complementarymentaloxidesemicondu-ctor,CMOS)工艺相兼容等优点,使其成为一种很有发展潜力的下一代非易失性存储器,能够有效解决传统存储器所遇到的瓶颈问题[5−9].RRAM具有简单的金属/绝缘层/金属(MIM)三明治型结构,在RRAM中,需要具有不同极性或幅度的高电压来进行写入(设置)或擦除(重置)操作,而低电压用于读取器件的电阻状态[10].目前,已经在很多种材料中发现了阻变现象,如TiO2[11],ZnO[12],HfO2[1,13]等氧化物材料，有机材料[14]以及钙钛矿材料[15,16].在以上这些材料中,HfO2材料因具有高介电常数、大禁带宽度(~5.9eV)、低漏电流密度和良好的阻变特性,被科研人员誉为最有潜力的阻变材料之一.对于氧化物基RRAM的阻变行为,目前已经提出了各种电阻切换物理模型,例如金属或氧空位导电细丝的形成和破裂和界面处的电化学迁移.尽管确切的切换机制尚未统一,目前最被广泛接受的阻变机制是导电细丝机制.正是因为导电细丝形成和断裂的随机性,器件的性能参数(如耐久性和均一性等)还需...
