《用於電子突觸的模擬型憶阻器製備方法及特性機理研究》是依託河北大學，由閆小兵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：用於電子突觸的模擬型憶阻器製備方法及特性機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：閆小兵
- 依託單位：河北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
模擬型憶阻器的阻態變化是一種漸變的過程，這使其具備了神經突觸的功能。目前，模擬型憶阻器用於電子突觸還處於起步階段，電壓或電流信號回響的電導存在波動是主要問題。鑒於此，本項目擬採用磁控和脈衝雷射共濺射技術製備0-3維結構憶阻薄膜以實現憶阻器的摸擬特性；擬引入納米晶來縮小回響電導波動範圍、改善憶阻性能以及降低能耗。研究兩種結構的納米晶Si/Ag+Si和金屬納米晶/氧化物結構複合薄膜。其中，共濺射製備金屬納米晶/氧化物薄膜憶阻器文獻上尚無報導。系統研究沉積工藝對納米晶的結構（尺寸、密度和比例梯度等）的影響和納米晶的微結構對改善憶阻器性能的控制作用，驗證其STDP學習行為，並澄清納米晶憶阻器的物理機制，建立納米晶材料結構與器件特性之間的物理模型。本項目將有助於我們實現納米晶複合薄膜結構設計和可控制備，為摸擬憶阻器套用於神經系統提供直接的實驗支撐和理論依據，具有重要的研究價值和套用前景。
結題摘要
採用共濺射方法讓Ag納米晶摻入到氧化物當中，以提高憶阻器的性能，降低其對電壓或電流信號回響的波動性，藉助微結構信息進一步探討納米晶Ag在憶阻器電阻變化過程中發揮的作用及其物理機制。研究發現摻Ag納米晶的樣品能夠表現出電導漸變的物理特性，未摻雜的樣品電流表現的是跳變現象，對電壓脈衝對電導的調控進行了詳細的研究。器件能夠模擬神經突觸的學習和記憶功能，例如STDP，PPF等功能。另外器件表現出低功耗的特性。研究了TiN/SiO2/p-Si 結構的隧穿結。在電激活後該器件能夠實現10^5數量級的抗疲勞測試，該器件的高低電阻比能達到10^2數量級，並且器件在100次的開關測試中開啟電壓和關閉電壓變化範圍小極小。並且我們在測試中發現與神經突觸相關的興奮和抑制性突觸後電流現象，因此說明該器件能夠套用在神經突觸仿生等方面。研究了不同O2/Ar比例的混合氣體對BST薄膜的晶界的影響，分析了氧空位的發揮的作用研究ZHO/BST複合薄膜的雙載流子電荷俘獲存儲特性，對其機理詳細的分析。構建的Ag/nc-Si:H/Pt結構呈現出穩定的三組非易失電阻狀態，給出電導機制和三阻態存儲機制。我們製備了一種基於寬頻隙Ga2O3薄膜，在可見光範圍內具有91.7%的高平均透射率的全透明雙極型阻變存儲器（RRAM）對其導電機制和阻變機制進行了分析。我們製備了Ag/In-Ga-Zn-O/Pt阻變存儲器單元在低電阻（LRS）表現出自整流性能。並對肖特基勢壘，電子注入過程和阻變開關機制進行了討論。在高透明雙極型阻變存儲器研究方面取得進展。以半導體非晶In-Ga-Zn-O薄膜為電極，採用磁控濺射設備製備Zr0.5Hf0.5O2介質為阻變薄膜，製備了87.1%的高透過率阻變存儲器件。 在該項目的實施過程中，為阻變存儲器的套用以及憶阻器神經元晶片打下了理論和實驗基礎，共發表了14篇SCI論文，2篇EI論文，共獲得國家發明專利4項，培養了6名研究生。
