横截面积参数对钛氧化物忆阻器导电特性的影响

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．4(2014)048401横截面积参数对钛氧化物忆阻器导电特性的影响冰田晓波十徐晖李清江(国防科学与技术大学电子科学与工程学院，长沙410073)(2013年9月11日收到；2013年10月23日收到修改稿)纳米钛氧化物忆阻器的导电过程因自身参数的改变及不同机理的共存而呈现复杂特性，但现有研究缺乏针对横截面积参数的改变对忆阻器导电特性影响的讨论．基于杂质漂移及隧道势垒机理，本文分析了忆阻器导电过程，研究了横截面积参数与导电过程中各关键物理要素间的关联，并基于此，分别研究了钛氧化物横截面积及隧道势垒横截面积的改变对忆阻

2、器导电特性的影响，分析了两者的区别与联系．验证了两种机理共存情况下，相对于钛氧化物横截面积的改变，隧道势垒横截面积的改变是引发忆阻器导电特性变化的主要因素，且是导致忆阻器非理想导电特性的可能因素．研究成果有助于进一步解释忆阻器导电过程的复杂性，并为优化忆阻器模型的构建提供依据．关键词：忆阻器，横截面积，杂质漂移，隧道势垒PACS：84．32．一yj89．20．Ff，84．37．+q，85．35．一PDOI：10．7498／aps．63．048401究领域，不同导电机理的共存是解释忆阻器复杂导1引言电特性的可能原因之一[13]．基于文献f141的实验结论，Strukov等

3、利用杂质漂移机理(DDM)描述了随着纳米技术的诞生与发展，具有更小物理尺忆阻器导电过程中掺杂层与非掺杂层瞬态阻抗的寸、更低功耗及成本、更快运行速度与更高性能的变化过程及电荷记忆性原理．Pickett等[15]发现忆新型电路元件成为今后电路领域的发展趋势[1]

4、钛阻器中钛氧化物与金属铂电极接触面的非对称性，氧化物忆阻器[2]诞生于美国惠普实验室，该器件是据此通过隧道势垒机理(TBM)描述了忆阻器的导一种典型的纳米电路元件，是第四种基本电路元件电过程，即利用隧道势垒及导电通道的串联电路对一忆阻器【0】的一种具体实现形式．忆阻器在阻性忆阻器建模，并采用矩形势垒的Simmons

5、伏安特随机访问存储技术【】、人工神经网络【】、可编程逻性定量描述了忆阻器的静态传输与动态开关过程．辑电路【。]、混沌电路[_。]等领域的潜在应用价值已Yang等[16]给出了钛氧化物在电成型过程中氧空得到证实．当前，围绕电路特性、建模及应用等领域缺、氧气及电极物理形变的形成过程．田晓波等[17]的研究成为忆阻器分析研究的热点问题．最近，李通过一种DDM与TBM共存的导电机理模型验证智炜等[10]对逾渗网格模型进行了简化，研究了不了DDM与TBM在同一个忆阻器中共存的可能性．同初态对单极性忆阻开关元件中逾渗导电通道形成的影响．宋德华等[11]对有边界的忆阻元件与电Prod

6、romakis等[18]的研究表明，横截面积为容、电感的串、并联电路分别进行了研究，分析了电平方纳米或平方微米量级的忆阻器均具有实用的路所具有的特性和频率及元件的电容、电感对电路阻抗比，且忆阻器导电特性随横截面积的改变发的影响．贾林楠等[12]讨论了界面效应对忆阻行为生相应变化．周静等【】利用simulationprogram及性能改善等方面的重要作用，提出了界面纳米点withintegratedcircuitemphasisfSPICE1软件研嵌入结构对优化忆阻性能的显著效果．究了参数等七种参数的改变对忆阻器导电特性导电机理是忆阻器基础理论与应用的重点研的影响．以上研

7、究证实自身参数的改变对忆阻器导国家自然科学基金(批准号：61171017，F010505)资助的课题．t通讯作者．E—mail：txiaobo1985@gmail．com◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety九ttp"／／wulixb．inhy．ac．c扎048401—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．4(2014)048401电过程构成的影响是忆阻器导电过程复杂性的原素过剩时，钛元素与氧元素的比例为1：2+x且存因之一，且横截面积是影响忆阻器导电特性的重要在游离的氧离子；当氧元素不足时，钛元素与氧元参数．但在DDM，T

8、BM单独存在及共存的情况下，素的比例为1：2一x且存在游离的氧空缺．由于氧尚无横截面积的变化对忆阻器导电特性影响的详离子与氧空缺均带电荷，因此掺杂层导电性能显著细讨论，制约了对忆阻器导电过程的全面表述及模优于非掺杂层．型的精确构建．依据电阻的定义式，某材料的电阻R取决于其据此，本文分析了忆阻器导电机理及横截面积长度2、电阻率P及横截面积8，即参数与导电机理中各关键物理要素问的关联，分R：(1)别研究了DDM单独存在情况下钛氧化物横截面S由于忆阻器掺杂层与非掺杂层具有相同的横积的改变对忆阻器导电过程的影响及TBM单独存截面积，因此每层的瞬态