8月30日,Scientific Reports在线刊登了光电信息学院孙华军副教授关于HfO2-x定制忆阻器的研究成果。该文章以《氧调谐下定制的二值和多值氧化铪忆阻器》(Customized binary and multi-levelHfO2-x-based memristors tuned by oxidation conditions)为题,报道了在统一的氧化铪材料体系下实现定制的二值和多值忆阻器的新方案。该技术通过对氧氛围的调谐,实现了双模式,无需预处理和低操作电压的忆阻器件。2015级硕士研究生何维凡和孙华军老师为本文共同第一作者,孙华军副教授为论文通讯作者并指导了本项研究。
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考虑到与先进CMOS工艺的兼容性,HfO2-x忆阻器是下一代非易失性存储器的有利候选者。目前,各式的电阻过渡形态被分别地报道,但统一材料下的定制二值和多值忆阻器还未被广泛研究。本成果通过调谐HfO2-x薄膜的氧化状况,实现了双忆阻模式,无须电形成,低操作电压的Pt/HfO2-x/Ti忆阻器。通过控制氩气和氧气的比例,制得具有不同原生氧空位的HfO2-x材料;在直流扫描模式下,低原子比的HfO2-x忆阻器表现出了无须预处理,低操作电压和渐变电阻过渡的特点,而高原子比的HfO2-x忆阻器窗口更大,电阻过渡更加尖锐;不同电阻过渡形态的忆阻器采用连续高速脉冲和连续多窗口脉冲测试方法验证了二值和多值模式;该类忆阻器展现的电阻过渡差异对不同模式应用场合的原子配比具有指导意义;该二值和多值模式可分别地应用于逻辑计算和神经形态存储;在统一的材料工艺下微调沉积气氛的比例,可将计算和存储模块集成于同一芯片,进一步加速计算存储融合芯片的发展。
近年来,孙华军副教授的课题小组一直围绕适用于模拟神经突触功能的电阻可渐变调控忆阻器及量子电导调控等方面展开研究。现阶段实现多值存储的传统方法主要有三种:改变SET过程中的限制电流;改变RESET过程中的截止电压;利用量子化电导效应。而通过甄选电阻过渡形态实现定制模式的方法,进一步地提高了多值存储技术的阻态一致性。其脉冲宽度调制的方法亦更加接近于实际电路,对忆阻器应用于标准电路中更具指导意义。量子电导效应实现多值存储课题组亦取得不错的进展,由孙华军副教授为通讯作者,姜磊为第一作者的《纳秒尺度下的量子电导AgInSbTe忆阻器》(Conductance quantization in an AgInSbTe-based memristor at nanosecond scale)文章于不久前在Applied Physics Letters顺利刊登,文中详细报道了AgInSbTe忆阻器在纳秒脉冲下的量子电导效应。