日前，中國科學(xué)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(chǔ)器（RRAM）的傳輸機(jī)制研究中取得新進(jìn)展。
RRAM是重要的下一代新型存儲(chǔ)器，具有結(jié)構(gòu)簡單、高速、低功耗和易于3D集成等優(yōu)點(diǎn)。一般認(rèn)為，局域的導(dǎo)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(yīng)的根源。但目前對(duì)于導(dǎo)電通路中的載流子輸運(yùn)機(jī)制還存在很大的爭議，正確理解導(dǎo)電通路中的載流子輸運(yùn)過程對(duì)控制和改善器件的存儲(chǔ)特性，以及對(duì)器件的建模和分析都至關(guān)重要。如何精確的測試導(dǎo)電通路內(nèi)部的載流子傳輸機(jī)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(dǎo)的課題組在RRAM的阻變機(jī)理研究方面取得了一系列進(jìn)展。繼用實(shí)驗(yàn)手段直接觀測到RRAM器件中導(dǎo)電通路的動(dòng)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(yīng)（Thermoelectric Seebeck Effect）的實(shí)驗(yàn)研究，闡明了載流子在導(dǎo)電通路中的輸運(yùn)機(jī)制。熱電效應(yīng)是由材料兩端溫度差引起的材料內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)，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(yīng)導(dǎo)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(bào)道的在氧空位型RRAM中可能存在的金屬性導(dǎo)電通路，熱電效應(yīng)的測試結(jié)果證實(shí)了唯一的非金屬性的導(dǎo)電通道的存在，并發(fā)現(xiàn)導(dǎo)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(dǎo)電通路中載流子濃度的計(jì)算方法。計(jì)算結(jié)果表明導(dǎo)電通路中的載流子濃度低于臨界的金屬載流子濃度，進(jìn)一步證實(shí)了導(dǎo)電通路的非金屬特性。該工作發(fā)展了一種RRAM阻變機(jī)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(jī)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(xué)基金委創(chuàng)新研究群體基金、科技部“973”項(xiàng)目和“863”項(xiàng)目等的支持。
微電子所在阻變存儲(chǔ)器的傳輸機(jī)制研究中取得進(jìn)展
