忆阻逾渗导电模型中的初态影响-物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 9 (2013) 096401 忆阻逾渗导电模型中的初态影响* † 李智炜 刘海军 徐欣 ( 国防科学与技术大学电子科学与工程学院, 长沙 410073 ) ( 2012 年12 月5 日收到; 2013 年1 月6 日收到修改稿) 逾渗网格模型是当前忆阻器件机理分析研究领域的热点之一, 但现有模型缺乏对初态设定的讨论. 本文对逾渗 网格模型进行了简化, 并基于此, 通过电压激励步进的方式, 研究了不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, 分析了形成通道的动态过程以及相应的物理意义, 验证了忆阻开关元件高低阻态的阻值实际表现为 高斯分布而非理想双值稳态; 而不同初态条件下, 忆阻开关元件导电通道的形状存在着不同的“树形” 结构, 进而影 响着其阻值的分布. 研究成果有助于进一步揭示忆阻器尚未明确的导电机理, 为今后对具体不同类型的忆阻元件的 初态分析提供指导性作用. 关键词: 忆阻器, 开关元件, 逾渗模型, 初态分析 PACS: 64.60.ah, 85.35.−p, 89.20.Ff, 84.37.+q DOI: 10.7498/aps.62.096401 17 初态设定的讨论; Prodromakis 等 则进一步利用 5 1 引言 该逾渗模型去解释惠普实验室的离子迁移模型 , 并讨论了稳态时候导电通道的个数和路径形状等 随着微纳电子技术的发展, 人们发现一些有着 方面对开关阻值比的影响, 但他们同样没有讨论模 形如金属/绝缘层/金属(MIM) 结构的器件在外加激 型中初态因素可能产生的影响, 而且也没有像Lee 励下, 呈现出高、低两种稳态电阻值相互更替的现 等那样利用模型对导电通道的形成过程进行描述. 象1−3 . 这类物理器件的电压电流本构关系拥有典 但事实上, 忆阻开关元件阻值分布、开启(set) 电压 型的紧捏滞回特性, 故被称为忆阻开关元件, 其属 等方面属性会受缺陷态比率、界面微结构和掺杂 4 浓度等因素的影响 318−21 , 并且文献[22] 还指出 于广义上拥有忆阻行为的实际器件 . 它尺寸小、 结构简单、能与CMOS 工艺相容、便于堆栈, 在新 可以通过控制初态氧空缺位的浓度提高忆阻器开 5 6 关特性的性能. 一代超高密集度存储器件 、混沌模拟电路 以 7 据此, 本文通过建立一个简化的逾渗网格模型, 及神经元量子计算 等领域受到广泛关注. 单极性忆阻开关如图 1 所示, 其属于典型的 对不同初态下的单极性忆阻开关元件进行了动态 高、低阻值变化较大的一类忆阻开关元件, 它在相 模拟仿真, 直观地描述了导电通道形成的动态过程. 同极性的电压下拥有两个稳态阻值. 但忆阻开关元 同时, 还研究了初态对导电通道形成产生的影响, 件为何能有电阻双稳态特性的物理机理尚为达成 对一些目前已提出的理论模型和有关的现象进行 一致结论