忆阻器及其阻变机理研究进展-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)187301综述忆阻器及其阻变机理研究进展冰刘东青)程海峰)十朱玄2)王楠楠)张朝阳)1)(国防科技大学，新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙410073)2)(国防科技大学，高性能计算国家重点实验室，长沙410073)(2014年4月24日收到；2014年5月19日收到修改稿)忆阻器是除电阻、电容、电感之外的第四种电路元件，在信息存储、逻辑运算和神经网络等研究领域具有重要的应用前景．本文综述了忆阻器以及忆阻器材料的研究进展，主要介绍了忆阻器的内涵与特征、阻变机理、材料类

2、型以及应用前景，指出了目前忆阻器研究中需要关注的主要问题，并对以后的发展趋势进行了展望．关键词：忆阻器，阻变机理，电阻开关，忆阻器材料PACS：73．40．Rw，81．07．-bDOI：10．7498／aps．63．187301被引用3647次．1引言目前，忆阻器的研究已成为物理、电子、材料、纳米等领域的前沿和热点，并呈现出多学科交叉融随着微电子芯片的集成度和性能遵循摩尔定合的特征[3_5]．本文综述目前忆阻器及其阻变机理律快速地提高，基于互补金属氧化物半导体feom—的最新研究进展，并结合本课题组的前期研究工作plementarymetalo

3、xidesemiconductor，CMOS)工对忆阻器研究中需要关注的主要问题和以后的发艺的传统存储技术逐渐接近其物理极限，计算机的展趋势进行阐述．，“存储墙”问题也变得越来越严重，这些都阻碍着计算机的进一步发展．所以，必须寻找新的存储技术2忆阻器的内涵与特征和计算使能器件，用来研发存储容量更大、处理速度更快的计算机．忆阻器的出现给研究者们带来了通常认为，忆阻器是一种非线性的无源两端口新的希望．动态器件，它的电阻值依赖于所输入电流或电压的1971年，Chua[1】从物理学的对称性角度出发，历史．忆阻器具有记忆特性，它的英文表达“mere—预测

4、了关联电荷和磁通的第四种基本电路元件ristor”即为“memory”和“resistor”的组合，所以又一忆阻器(memristor)的存在．由于当时忆阻器只名记忆电阻．忆阻器在数学上有着严格的定义和是纯粹从数学上推导得到，并没有得到足够的重判定标准，虽然目前文献中报道了很多所谓的忆阻视．直到2008年，惠普实验室宣布首次在物理上实器，但是它们大多不是严格意义上的理想忆阻器，现了基于TiO的忆阻器才激起了人们对忆阻而应归属于忆阻系统或广义忆阻器．器的广泛兴趣．根据“WlebofKnowledge”统计，以如图1所示，四个电路学基本变量电压()

5、、电“memristorormemristors”为关键词检索所获得的流()、电荷(q)与磁通()对应着六个数学关系式．SCI论文数量和引文次数逐年递增，2013年共发表前五个关系式分别为电阻(R)、电容()、电感()、SCI论文257篇关于忆阻器的SCI论文在2013年电荷与电流的关系dq：Idt以及法拉第电磁感应国家自然科学基金(批准号：21203248)和湖南省高校科技创新团队支持计划资助的课题．十通讯作者．E-maihhfcheng@rocketmail．com◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyht印：／

6、／wulixb．iphy．ae．cn187301．1．物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)187301应和阳离子效应．阴离子主要指氧离子，阳离子主写入类似，在活性电极上施加负电压，金属离子将要指电化学活性金属离子，如Ag+，Cu2+等．离子从细丝离开回到电解质中去，并最终回到活性电极效应是目前忆阻器的主要机理．上，这样就使导电细丝断开，重新回到了高阻态．基于阴离子效应的忆阻器材料主要包括过渡金属氧化物、钙钛矿型复杂氧化物和宽带隙介质等3．2电子效应氧化物绝缘体．氧化物绝缘体可以看作是由氧欠缺与基于离子迁移而发生

7、阻变的化学机制不同，或氧过剩等缺陷引起的本征半导体[14J．在许多氧电子效应是完全基于电子的物理行为，一般是通过化物中，0一阴离子要比其他组分更容易移动，所电荷陷阱、电荷注入或电荷转移对能带结构和势垒以在电场作用下O一会发生迁移，通常采用氧空位等造成改变而弓I起材料的电阻变化，或者由于强关来描述．电场作用下，氧空位在负极附近积聚，使联电子效应而导致阻变．该区域金属离子的价态发生改变，从而导致电子传在钙钛矿材料中，陷阱电荷会引起电极与材料导发生改变，引起阻变现象，这种效应为价态变化界面处肖特基势垒的变化，从而发生阻变【l4]．电荷记忆效应fval

8、encechangememory,VCM)．改变所陷阱、电荷注入与电荷转移是有机和聚合物电双稳加电压极性，将使氧空位相反移动，因此基于VCM态材料的常