忆阻器有望成为未来突破冯·诺依曼计算机体系结构的基石，而且其在非易失性存储器、神经形态计算、内存计算系统等方面极具潜力。而器件可靠性是制约忆阻器实际应用的关键瓶颈。从低频噪声分析研究器件可靠性问题对于理解忆阻器导电机理、优化器件阻变性能具有重要意义。

最近，在李祎讲师的指导下，硕士生尹康胜围绕忆阻器中的随机电报噪声（random telegraph noise, RTN）与导电丝形态变化之间的关系展开研究。RTN是由于单个陷阱捕获和释放电荷造成的电荷迁移扰动所产生。传统的场效应晶体管中的RTN主要是由于栅极氧化层中的陷阱引起的，而忆阻器中的RTN主要是导电通道内部或者附近的陷阱捕获和释放电荷引起的。因此，忆阻器中的RTN特性与导电丝的形态有一定的联系。

在工作中，我们测试了Pt/Ti/HfO₂/W忆阻阵列中单个单元的RTN特性。实验结果表明，器件中的RTN特性随器件阻值变化而变化。在器件处于低阻态时，没有检测到RTN，而器件处于较低的中间阻态时，可以检测到标准的RTN。随着阻值逐渐增大，电流跳变的阶数也在增加，直到高阻态下出现不可逆的跳变。结合偏压逐渐增大的情况下RTN特性变化的测试结果，我们提出了一种物理模型来解释实验现象，即随着器件阻值增大，导电丝的形态也在发生变化，从而使得导电丝附近的陷阱数目增加。

图1. HfO2忆阻器的RTN特性随阻值变化情况

研究成果“Correlation analysis between the current fluctuation characteristics and the conductive filament morphology of HfO2-based memristor”于2017年11月21日在线发表于Applied Physics Letters （111, 213505, 2017,DOI: 10.1063/1.5003217）。研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划纳米专项青年项目以及武汉市科技局项目的资助。

论文链接：http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/111/21/10.1063/1.5003217