【摘 要】
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随着科技的不断发展,传统的Flash存储器已不能满足人们的需求,而忆阻器（RRAM）以其尺寸小、功耗低、非易失性存储、读写速度快等特点被认为具有替代Flash存储器的巨大潜力。忆阻器集存储与逻辑运算于一体,可以突破传统的冯·诺依曼瓶颈,此外,忆阻器还可以应用于生物神经网络,这是因为忆阻器的可塑性与记忆性非常类似于生物突触,是最适合模拟生物突触各项行为的器件。本文基于磁控溅射制备出了3种不同含氧量T
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随着科技的不断发展,传统的Flash存储器已不能满足人们的需求,而忆阻器（RRAM）以其尺寸小、功耗低、非易失性存储、读写速度快等特点被认为具有替代Flash存储器的巨大潜力。忆阻器集存储与逻辑运算于一体,可以突破传统的冯·诺依曼瓶颈,此外,忆阻器还可以应用于生物神经网络,这是因为忆阻器的可塑性与记忆性非常类似于生物突触,是最适合模拟生物突触各项行为的器件。本文基于磁控溅射制备出了3种不同含氧量TaOx介质薄膜,在结合光刻工艺设计并构建出了Cu/TaOx/p++-Si、Ag/TaOx/p++-Si两种结构的忆阻器。在获得Ag/TaOx/p++-Si忆阻器具有“模拟电阻开关”潜力的基础之上,进一步优化器件性能,制备出了具有“模拟电阻开关”行为的Ag/TaOx:Ag/p++-Si忆阻器。最后,为了制备出具有突触性能的忆阻器,插入了第二阻变层Hf Ox、Al Ox,设计并制备出了Ag/TaOx:Ag/Hf Ox/p++-Si和Ag/TaOx:Ag/Al Ox/p++-Si双阻变层忆阻器,并对突触性能更优异的Ag/TaOx:Ag/Al Ox/p++-Si忆阻器进行了多项忆阻突触功能的测试。本文的主要研究成果如下:（1）Cu/TaOx/p++-Si忆阻器是一种非易失性的“数字型电阻开关”,其开关比较大,但是重复性不高。Ag/TaOx/p++-Si忆阻器具有成为“模拟型电阻开关”的潜力,随着扫描次数的增加,其HRS电流逐渐上升,LRS电流相对稳定,导致开关比呈“三段式”下降,最终稳定在102,表明器件内部形成的导电通道并不稳定。（2）Ag/TaOx:Ag/p++-Si忆阻器具有缓变的Set和Reset过程,表现出了“模拟电阻开关”特性。与Ag/TaOx/p++-Si忆阻器相比,在100次循环过程中,Ag/TaOx:Ag/p++-Si忆阻器的HRS电流与LRS电流分布相对较为稳定,但是器件的开关比与Reset电压区间过小,这使器件的电阻调控范围不大、可靠性不高。（3）Ag/TaOx:Ag/HfOx/p++-Si忆阻器工作重复稳定,HRS电流与LRS电流稳定分布,开关比稳定在22左右,在较小的范围内实现了电阻的连续调控。Ag/TaOx:Ag/Al Ox/p++-Si忆阻器在500次循环中均实现了10~2以上量级的开关比,还获得了更稳定的HRS电流和LRS电流、Set电压和Reset电压以及更大的电阻调控范围;Ag/TaOx:Ag/Al Ox/p++-Si忆阻器还模拟了多项生物突触行为,成功实现了突触权重的调控、双脉冲易化、脉冲幅度依赖可塑性、脉冲宽度依赖可塑性、脉冲频率依赖可塑性和多级记忆的行为等多种突触功能。
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