日前，中國科學院微電子研究所納米加工與新器件集成技術(shù)研究室在阻變存儲器（RRAM）的傳輸機制研究中取得新進展。
RRAM是重要的下一代新型存儲器，具有結(jié)構(gòu)簡單、高速、低功耗和易于3D集成等優(yōu)點。一般認為，局域的導電通路在阻變功能層中的形成（低阻態(tài)）或斷裂（高阻態(tài)）是RRAM器件具有“開關(guān)”效應的根源。但目前對于導電通路中的載流子輸運機制還存在很大的爭議，正確理解導電通路中的載流子輸運過程對控制和改善器件的存儲特性，以及對器件的建模和分析都至關(guān)重要。如何精確的測試導電通路內(nèi)部的載流子傳輸機制是目前RRAM器件研究中亟待解決的重要問題之一。
微電子所劉明研究員領(lǐng)導的課題組在RRAM的阻變機理研究方面取得了一系列進展。繼用實驗手段直接觀測到RRAM器件中導電通路的動態(tài)生長過程（Adv. Mater., 24, 1844, 2012）之后，又首次在國際上開展了RRAM器件中熱電效應（Thermoelectric Seebeck Effect）的實驗研究，闡明了載流子在導電通路中的輸運機制。熱電效應是由材料兩端溫度差引起的材料內(nèi)部載流子的運動，其測量結(jié)果排除了材料與電極之間接觸電阻的影響，能夠更精確的反應導電通路中載流子傳輸?shù)奈锢肀举|(zhì)（測試方案和結(jié)果如附圖所示）。不同于之前報道的在氧空位型RRAM中可能存在的金屬性導電通路，熱電效應的測試結(jié)果證實了唯一的非金屬性的導電通道的存在，并發(fā)現(xiàn)導電通路內(nèi)部載流子的傳輸過程可以統(tǒng)一地歸化為小極化子的跳躍傳輸模型，建立了導電通路中載流子濃度的計算方法。計算結(jié)果表明導電通路中的載流子濃度低于臨界的金屬載流子濃度，進一步證實了導電通路的非金屬特性。該工作發(fā)展了一種RRAM阻變機制研究的新方法，闡明了氧空位型RRAM器件中載流子的傳輸機制。該工作發(fā)表在2014年8月的Nature Communications 期刊上(DOI: 10.1038/ncomms5598)。
此研究工作得到了國家自然科學基金委創(chuàng)新研究群體基金、科技部“973”項目和“863”項目等的支持。
微電子所在阻變存儲器的傳輸機制研究中取得進展
