忆阻器单元电学特性计算模拟研究

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1、分类号学号M201272095学校代码10487密级硕士学位论文忆阻器单元电学特性计算模拟研究学位申请人：谢松学科专业：软件工程指导教师：孙华军副教授答辩日期：2015.1.19AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringSimulationStudyonElectricalPropertyofMemristorCellCandidate:XieSongMajor:SoftwareEnginee

2、ringSupervisor:SunHuajunAssociateProfessorHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074，P.R.ChinaJanuary19th，2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者

3、签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要目前，当COMS器件面临集成工艺技术尺寸限制，忆阻器作为一种新型

4、的纳米级存储器件受到了众多学者的关注。低功耗、高速度、高集成度、兼具信息存储与计算功能的忆阻器，为信息存储和超高性能计算带来了前所未有的机遇。它作为下一代非易失性存储器中的佼佼者，有望替代如今主流的闪存器件。忆阻器材料相关物理机制存在很大分歧，忆阻机制不清晰，忆阻性能缺乏有效的调控方法，这些原因限制了忆阻器性能提高和实用进程。虽然目前已有大量实验研究忆阻器的忆阻特性，并给出了一定的理论模型，但是由于纳米尺度下器件内部电子运输表征手段匮乏，导致其具体的微观过程至今仍没有一个清晰的认识，许多地方还存在争议。因此，从理论计算模拟的

5、角度出发，开展忆阻器电学基本特性研究，弄清楚忆阻器的阻变机制仍是目前的研究重点。忆阻单元电学特性计算模拟研究将为材料研究和提升忆阻特性奠定理论基础。第一性原理计算方法已经在材料研究领域得到了广泛的应用，它可以从微观层面去研究材料的物理特性，更重要的是它一种可行的预测材料的电学特性的有效方法。该方法能够模拟计算纳米级器件的结构、缺陷、掺杂等特性，并从电子层面分析计算模拟结果，利用计算结果对纳米器件的电学特性进行预测。因此采用第一性原理计算研究忆阻器单元的电学特性，从而分析其忆阻机制是一个理想的选择。本文对忆阻单元材料的阻变机理

6、进行了一个详细的合理推测，并提出了带电荷的空位缺陷随外加电场发生迁移是导致其发生阻变行为的主要原因。用计算软件AtomistixToolKit对忆阻单元进行了掺杂空位缺陷的模型建立。基于物理模型分析，对不同电压下忆阻单元功能层中的空位缺陷位置进行了预测，建立了遵循边界迁移模型的一系列的双电极单元器件模型。通过对器件的直流I-V特性进行计算分析，对其阻变行为进行了合理的解释，结果表明边界迁移的确会使器件电阻发生变化。I华中科技大学硕士学位论文对今后实验以及工艺制备提供了理论参考，也为分析忆阻器件的忆阻机理提供了理论依据。关键词

7、：忆阻器第一性原理忆阻机理边界迁移CuOxII华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTCurrently,memristorhasgottenmoreattentionbytheresearchersasanewnano-scalememory,whileCOMSdeviceisconfrontedwiththelimitationoftheICfabricationtechnology.Memristorhasalotofadvantagessuchassmallsize,lowpo-werconsumption,fast

8、readingandwritingspeed,etc,whichhasbroughtunprecedent-edopportunitiesforinformationstorageandultra-highperformancecomputing.Thatisexpectedtorepla