【摘 要】
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忆阻器作为存储和计算于一体的下一代非易失存储器,具有高速、低功耗、高密度集成等优势,被视为实现人工突触的理想硬件。Bi Fe O3（BFO）作为典型ABO3型钙钛矿结构材料,施加电场诱导其内部氧空位有序迁移可以产生阻变现象,适合用作忆阻材料。BFO忆阻器性能不仅受元素掺杂、制备工艺的影响,还受器件结构,特别是下电极材料的调控。本文采用磁控溅射、光刻、电子束蒸发等工艺,在三种不同下电极（Ti N、S
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忆阻器作为存储和计算于一体的下一代非易失存储器,具有高速、低功耗、高密度集成等优势,被视为实现人工突触的理想硬件。Bi Fe O3（BFO）作为典型ABO3型钙钛矿结构材料,施加电场诱导其内部氧空位有序迁移可以产生阻变现象,适合用作忆阻材料。BFO忆阻器性能不仅受元素掺杂、制备工艺的影响,还受器件结构,特别是下电极材料的调控。本文采用磁控溅射、光刻、电子束蒸发等工艺,在三种不同下电极（Ti N、Sr Ru O3、Nb:Sr Ti O3）上制备锰掺杂的铁酸铋薄膜（BFMO）忆阻器,利用半导体特性分析仪对器件的直流I-V特性、多值特性、突触可塑性等进行测试,研究下电极材料对BFMO忆阻器阻变特性和突触可塑性的影响。首先,三种下电极BFMO忆阻器均展现优良的阻变开关特性,以Ti N和SRO为下电极的器件表现出正向Reset、负向突变的Set阻变过程;以NSTO为下电极的器件则表现出负向Reset、正向Set的渐变型阻变过程,存储窗口最大（＞1200）。进一步对器件不同温度下I-V曲线进行导电机制拟合,发现Au/BFMO/Ti N的低阻是由欧姆和SCLC机制共同主导,而高阻则是肖特基发射机制主导;Au/BFMO/SRO在低阻态时为欧姆导电,而高阻高压时则是肖特基发射导电;Au/BFMO/NSTO在低压时符合普尔-法兰克机制,而高压时符合肖特基发射机制。然后对三种不同下电极BFMO忆阻器采用改变限流或电压调控多值,发现在脉冲调控过程中存在突触权重饱和现象。进一步通过连续的兴奋脉冲和抑制脉冲刺激对三种器件的电导进行调控,并计算电导非线性度,发现三种器件都具有周期重复的长时程增强和长时程抑制特性,且器件开关时间均小于50 ns。最后设计相应波形对三种器件的STDP突触可塑性学习法则进行模拟,发现其时间常数τ小于100 ns。本文对三种不同下电极材料BFMO忆阻器导电机制的研究及其突触可塑性的探索,为BFO忆阻器在神经形态领域的应用提供较大的参考价值。
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