阻变存储器概述

9VoltafeTopElectrodeMetalOxideHRSRES牙'ACompliance『L(a阻变存储器概述阻变存储器（RRAM）是利用脉冲电压对存储单元进行写入和消除，进而导致记忆单元电阻改变，这就是电脉冲诱使阻变效应。2.1 电阻转换现象利用一些薄膜材料在电激励条件下薄膜电阻在不同电阻状态（高阻态（HRS）、低阻态（LRS））之间的相互转换来实现数据存储。根据电阻转换所需外加电压极性的不同，RRAM 器件的电阻转变特性可以分为两种切换模式：单极转换和双极转换。从 HRS 到 LRS 的转换被称为“SET”过程。相反，从LRS 到 HRS 的转换被称为“RESET”过程。单极转换是指器件在高低组态之间转变时外加电压极性相同。如果器件能在任意极性的电压实现高低阻态的转变，它被称作为无极性转换。双极开关的切换方向取决于所施加的电压的极性。图 2.2.1（a）RRAM 基本结构示意图和 RRAM 转换特性，（b）单极性转换，（c）双极性转换对于单极转换必须设置限制电流，对于双极转换，不一定需要设置限定电流的大小。施加在 RRAM 上的电压可以是脉冲电压或扫描电压，实际应用中利用扫描电压改变记忆单元电阻是不行的。除了使用直流电压改变阻态，还可以用电脉冲诱导电阻转变（EPIR）效应实现记忆单元阻值转换。利用改变脉冲电压的极性完成高低阻态的转变，如图 122 所示。Voltage(b)unipolarmndeVoltage何T4w』guLIE-i1e■u.JAJ■1 门叫―亠丄—-I—一 4■…ii■「IUO102030405DPulsenumbers图 2.2.2 脉冲诱使电阻转换的可重复现象2.2RRAM 器件的阻变机制到目前为止，电阻转换的真正机制还未确定，机制的不明确严重影响阻变存储器的应用步伐［6］。阻变效应属于材料的体效应还是氧化物与电极间的界面效应是需要解决的重大难点。目前，对于电阻转换现象的解释，研究人员提出了下面几种模型，主要有：导电细丝模型，界面接触势垒模型，缺陷能级模2.2.1 导电细丝模型导电细丝（CF，conductingfilament）机制是一种局域化的效果，仅在介质薄膜的局部发生电阻的转变。从目前报道来看，固态电解液和大多数金属氧化物 RRAM 的电阻转变都与局部导电细丝的形成与断裂有关［7］。图 2.2.1 导电细丝模型导电细丝主要原理：电路导通时，薄膜内部会形成传导路径，使通过电流变大，这时薄膜器件处于开启状态（ONstate）；当导电通道断裂后，薄膜电流变小，这时薄膜器件处于关闭状态（OFFstate）。图 2.2.1 为 C.CLinetal.人提出的导电细丝模型。（a）处于 ONstate，（...