基于非晶InGaZnO材料的阻變存儲器與憶阻器

　　劉益春、徐海陽、王中強(qiáng)

　　東北師范大學(xué)，先進(jìn)光電子功能材料研究中心，紫外光發(fā)射材料與技術(shù)教育部重點實驗室

　　從材料結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)角度入手，將In、Ga 元素引入到ZnO 材料中形成InGaZnO(IGZO)非晶合金材料，由于球?qū)ΨQ的In 5s 軌道交疊較大，使得該材料具有形變對電學(xué)輸運(yùn)影響較小且遷移率較高的特點。

　　利用上述材料優(yōu)勢，采用室溫工藝，在塑料襯底上制作了高性能IGZO 柔性阻變存儲器。器件在連續(xù)十萬次大角度彎折測試中，性能穩(wěn)定，存儲信息未丟失。變溫電學(xué)輸運(yùn)特性的研究表明：阻變行為與氧離子移動密切相關(guān)，該存儲器的低阻導(dǎo)電通道由缺氧局域結(jié)構(gòu)組成，而缺氧態(tài)的局部氧化導(dǎo)致了存儲器由低阻態(tài)向高阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。[1]

　　在此基礎(chǔ)上，利用IGZO 非晶薄膜的電學(xué)性質(zhì)可調(diào)節(jié)性及其對激勵信號可作出動態(tài)反應(yīng)等特點，設(shè)計并制備了由兩層不同含氧量IGZO 薄層構(gòu)成的憶阻器件;實現(xiàn)了對人腦神經(jīng)突觸多種基本功能的仿生模擬，涉及興奮性突觸后電流、非線性傳輸特性、長時程/短時程可塑性、刺激頻率響應(yīng)特性、STDP 機(jī)制、經(jīng)驗式學(xué)習(xí)等多個方面。特別是，器件表現(xiàn)出的短時記憶行為與“學(xué)習(xí)-忘記-再學(xué)習(xí)”的經(jīng)驗式學(xué)習(xí)模式符合人類的認(rèn)知規(guī)律。進(jìn)一步，通過系統(tǒng)研究短時可塑性隨溫度的變化規(guī)律，揭示了該器件的運(yùn)行機(jī)制為氧離子的遷移和擴(kuò)散。[2]

　　Reference:

　　[1] Z. Q. Wang, H. Y. Xu, X. H. Li, X. T. Zhang, Y. X. Liu, Y. C. Liu, IEEE Electron Device Letters, 32, 1442 (2011).

　　[2] Z. Q. Wang, H. Y. Xu, X. H. Li, H. Yu, Y. X. Liu, Y. C. Liu, Z. J. Zhu, Advanced Functional Materials, 22, 2759 (2012). (Frontispiece Paper)