基于非晶InGaZnO材料的阻变存储器与忆阻器

基于非晶InGaZnO材料的阻变存储器与忆阻器

　　刘益春、徐海阳、王中强

　　东北师范大学，先进光电子功能材料研究中心，紫外光发射材料与技术教育部重点实验室

　　从材料结构及电子结构角度入手，将In、Ga 元素引入到ZnO 材料中形成InGaZnO(IGZO)非晶合金材料，由于球对称的In 5s 轨道交叠较大，使得该材料具有形变对电学输运影响较小且迁移率较高的特点。

　　利用上述材料优势，采用室温工艺，在塑料衬底上制作了高性能IGZO 柔性阻变存储器。器件在连续十万次大角度弯折测试中，性能稳定，存储信息未丢失。变温电学输运特性的研究表明：阻变行为与氧离子移动密切相关，该存储器的低阻导电通道由缺氧局域结构组成，而缺氧态的局部氧化导致了存储器由低阻态向高阻态的转变。[1]

　　在此基础上，利用IGZO 非晶薄膜的电学性质可调节性及其对激励信号可作出动态反应等特点，设计并制备了由两层不同含氧量IGZO 薄层构成的忆阻器件;实现了对人脑神经突触多种基本功能的仿生模拟，涉及兴奋性突触后电流、非线性传输特性、长时程/短时程可塑性、刺激频率响应特性、STDP 机制、经验式学习等多个方面。特别是，器件表现出的短时记忆行为与“学习-忘记-再学习”的经验式学习模式符合人类的认知规律。进一步，通过系统研究短时可塑性随温度的变化规律，揭示了该器件的运行机制为氧离子的迁移和扩散。[2]

　　Reference:

　　[1] Z. Q. Wang, H. Y. Xu, X. H. Li, X. T. Zhang, Y. X. Liu, Y. C. Liu, IEEE Electron Device Letters, 32, 1442 (2011).

　　[2] Z. Q. Wang, H. Y. Xu, X. H. Li, H. Yu, Y. X. Liu, Y. C. Liu, Z. J. Zhu, Advanced Functional Materials, 22, 2759 (2012). (Frontispiece Paper)