刘 兰,朱 玮,文常保,周荣荣,郭恬恬

(长安大学 电子与控制工程学院,陕西 西安 710064)

自2008 年HP 实验室宣布发现一种交叉结构的TiO2薄膜符合忆阻特性以来,忆阻器在新型电子器件、新型多功能材料、神经网络电路设计等交叉学科涌现丰富的研究成果[1-4]。忆阻器因自身阻值可随流经电荷而变化的特性,使其工作方式与人脑神经突触有相似之处,被视为制备类脑芯片的重要仿生器件之一[5]。在电子器件领域内,已知的符合忆阻特性的材料主要包括高介电材料(SiO2、Al2O3、AlN 等)[6-8]、过渡金属氧化物(TiO2、ZnO2和VO2等)[9-11]和功能型材料(HfO2、In2O3等)[12-13]。其中高介电材料因其造价低廉、性能稳定、与现有CMOS 技术可融合等特点,在阻变材料及其忆阻器件研究中具有特殊意义。铝基材料的忆阻特性已有相关文献发表[7-8],但针对氧空位含量对介电材料阻变特性的影响研究较为缺乏。氧空位指阻变材料中缺失氧原子的活跃金属离子,可以在不同电场方向下做迁移运动[14-16]。本文利用磁控溅射技术制备了不同氧空位含量的铝基薄膜。通过对比发现,氧空位含量对薄膜阻变特性有显著的影响,在制备成忆阻器后会直接影响器件的关键性能参数,如开态电流、关态电流和器件保持时间等。换言之,通过调整阻变材料的氧空位含量,也可实现忆阻器基本参数的有序调整。这对忆阻器件特性优化及其神经网络电路的应用具有一定参考意义。

1 样品制备与表征

首先将200 nm 厚度的Al 沉积在p 型硅衬底上形成忆阻器底电极,之后采用射频磁控溅射的方法在底电极上制备约40 nm 厚度的铝基薄膜。……