《肖特基勢壘和氧空位在鈣鈦礦類材料阻變中的作用》是依託華中科技大學，由郭新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：肖特基勢壘和氧空位在鈣鈦礦類材料阻變中的作用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：郭新
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
由於矽基半導體器件即將達到其物理極限，現在急需開發基於全新原理和材料的信息存儲器；在這一方面，以離子傳導為基礎的離子器件是一個很好的選擇。基於氧化物阻變效應的離子器件極有可能成為下一代電阻式隨機存儲器（RRAM）的主流，這主要是由於這類離子型存儲器的以下特點：非易失性、極高的存儲密度、極低擦寫能耗、極快的擦寫速度，而且與現有的CMOS技術有極好的相容性。但是，缺乏對於氧化物阻變機理的透徹理解已成為發展RRAM的一大障礙。鈣鈦礦類材料是氧化物中最重要的體系之一，在本項目中，SrTiO3單晶被用作鈣鈦礦類材料的模型體系，來分析肖特基勢壘和氧空位在電預處理和阻變中的作用。與通常的薄膜樣品相比，SrTiO3單晶的優勢在於其極佳的性質均一性，而且其缺陷結構和相關的電化學過程已被徹底研究，這極大地便利了阻變機理的探索。關於SrTiO3的研究對於理解鈣鈦礦類氧化物的阻變行為具有普遍意義。
結題摘要
鈣鈦礦類材料是最重要的氧化物體系之一，在本項目中，SrTiO3被用作鈣鈦礦類材料的模型體系，來分析肖特基勢壘和氧空位在電預處理和阻變中的作用。我們分別研究了具有兩種不同缺陷結構的SrTiO3憶阻器件。使用施主鈮（Nb）摻雜的SrTiO3 （Nb-SrTiO3），構建了Ni/Nb-SrTiO3/Ti憶阻器，細緻地研究了電極/氧化物界面處肖特基勢壘的變化對阻變的作用，結合實驗現象與模型計算證明肖特基勢壘的變化可歸因於界面處與氧空位相關的電子捕獲/去捕獲過程。利用脈衝雷射沉積技術製備了受主摻雜的SrTiO3薄膜，研究了沉積參數和襯底材料對薄膜晶體結構與形貌的影響；研究了憶阻器電極材料，電極組成以及電預處理過程對阻變特性的影響規律。關於SrTiO3的研究對於理解鈣鈦礦類氧化物的阻變行為具有普遍意義。更進一步，該研究也有助於了解其它氧化物的阻變機理。 同時，我們利用SrTiO3憶阻器件還實現了對多種神經學和心理學功能的模擬。通過設計電脈衝信號，模擬了生物突觸的活動時序依賴可塑性（STDP）；利用SrTiO3憶阻器件電阻態所具有的獨特的部分易失特性，很好地再現了艾賓浩斯學習-遺忘曲線；器件對外加電脈衝刺激的回響表現出心理學上的學習、遺忘、記憶規律，同時器件的電學回響很好地模擬了心理學上的內隱記憶的時間節省特徵；通過設計簡單神經形態電路，系統地模擬了巴甫洛夫條件反射，成功實現了巴甫洛夫條件反射的幾個重要特徵，如獲取，消退和恢復。 更進一步，我們還研究了TiO2，WO3， MoO3，TiO2和BiFeO3等氧化物的阻變特性，並利用這些氧化物實現了突觸的再可塑性以及對行為可塑性的模擬。 本項目從阻變機理到類腦功能模擬等方面對基於氧化物的憶阻器進行了系統研究，對腦啟發智慧型硬體及神經形態功能的硬體開發具有重要意義。
