【摘 要】
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忆阻器在高密度存储、存内计算、神经形态计算领域具有极大的应用潜力,但其有限的开关比限制了阵列集成度的提高。为了不牺牲忆阻器在结构、尺寸上的优势,两端结构的高度非线性选通器件成为研究热点,而基于导电丝的阈值转变器件由于其极低的关态电流受到广泛关注。然而,由于活性电极过多的金属离子注入和金属导电丝随尺寸迅速增大的稳定性,导电丝阈值器件在开态电流、一致性、循环能力上存在很大的优化空间,因此研究高性能导电
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忆阻器在高密度存储、存内计算、神经形态计算领域具有极大的应用潜力,但其有限的开关比限制了阵列集成度的提高。为了不牺牲忆阻器在结构、尺寸上的优势,两端结构的高度非线性选通器件成为研究热点,而基于导电丝的阈值转变器件由于其极低的关态电流受到广泛关注。然而,由于活性电极过多的金属离子注入和金属导电丝随尺寸迅速增大的稳定性,导电丝阈值器件在开态电流、一致性、循环能力上存在很大的优化空间,因此研究高性能导电丝阈值器件的实现具有重要意义。本文首先以器件尺寸微缩出发,研究纳米级结构的工艺实现方法。然后表征纳米尺度下Ag/Al2O3/Pt器件的阈值转变特性,在此基础上,通过快离子导体GeSe的引入对Ag电极进行修饰,优化后的AgGeSe/Al2O3/Pt器件具有极高的开态电流密度（12.7 MA/cm~2）和开关比(1010),良好的一致性（2.18%）、热稳定性（125℃）和循环能力（2×10~5）,最后基于第一性原理计算对AgGeSe的形成和优化作用进行解释并提出该器件中导电丝的生长模型。本文主要研究内容如下:（1）根据导电丝阈值器件的结构,设计了纳米级通孔结构的版图和工艺流程,并进行了物理表征,最后探索器件随尺寸微缩的性能变化;（2）通过直流和脉冲测试对250 nm尺寸的Ag/Al2O3/Pt器件的阈值转变特性进行了表征;（3）引入快离子导体GeSe对Ag/Al2O3/Pt器件进行性能优化。首先研究了AgGeSe化合物的制备并进行了物理表征,然后对高性能AgGeSe/Al2O3/Pt阈值器件进行了电学及高温稳定性表征。基于与Ag/Al2O3/Pt器件的电学特性对比、物理表征结果和第一性原理计算,解释了使用化合物电极AgGeSe相比于Ag电极带来的性能改善,提出了AgGeSe/Al2O3/Pt器件中的导电丝生长模型。最后基于不同厚度GeSe的对比结果说明了文中的参数选择。
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