近日，微電子所納米加工與新器件集成技術(shù)研究室（三室）劉明研究員的科研團隊在阻變存儲器（RRAM）微觀機制研究中取得重要進展。

　　RRAM具有結(jié)構(gòu)簡單、高速、良好的器件可微縮性、易于3D集成等優(yōu)勢，是下一代高密度非易失性存儲器的有力競爭者之一。RRAM器件具有揮發(fā)性和非揮發(fā)性兩種截然不同的轉(zhuǎn)變模式，這兩種轉(zhuǎn)變模式對于研發(fā)高密度存儲陣列都至關(guān)重要。研究表明，在一定條件下同一器件中可以實現(xiàn)揮發(fā)性和非揮發(fā)性這兩種轉(zhuǎn)變模式的相互轉(zhuǎn)換，然而對于其內(nèi)在的物理機制仍不清晰。闡明這兩種轉(zhuǎn)變模式的微觀機制，有利于控制RRAM器件的轉(zhuǎn)變行為，提升RRAM器件的性能和建立精確的器件模型。

　　微電子所三室劉琦副研究員和孫海濤實習研究員等人針對上述兩種轉(zhuǎn)變模式的微觀機制開展了系統(tǒng)的研究工作，發(fā)現(xiàn)在固態(tài)電解液基RRAM器件(Ag/SiO?/Pt)中通過控制電激勵過程中限制電流的大小，器件能夠在揮發(fā)性和非揮發(fā)性的阻變模式之間相互轉(zhuǎn)換。原位SEM和TEM 的觀測結(jié)果表明，兩種阻變模式下，Ag和Pt電極之間形成的導電通路的微觀結(jié)構(gòu)有著顯著的差別。揮發(fā)性阻變模式中形成了離散的Ag納米晶鏈構(gòu)成的導電通路，而非揮發(fā)性阻變模式中形成的導電通路則由連續(xù)的Ag納米晶構(gòu)成。電學傳輸機制的分析以及不同電阻狀態(tài)下導電通路中電勢分布的表征結(jié)果證明，不同于非揮發(fā)性阻變模式的微觀機制，揮發(fā)性阻變行為主要由離散的Ag納米晶之間的有效隧穿勢壘的變化主導。這一工作發(fā)表在2014年的Advance Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201401304），并被選為內(nèi)封面文章。

　　基于上述的研究結(jié)果，三室科研團隊利用小限流電激勵過程中在氧化物固態(tài)電解液材料中形成的離散納米晶顆粒，構(gòu)建了局域自摻雜Ag納米晶的Ag/SiO?：Ag NC/Pt結(jié)構(gòu)器件，通過設(shè)計編程/擦除操作方式，獲得了具有負微分電阻效應(yīng)的多值阻變存儲器，并驗證了其具有優(yōu)越的阻變存儲性能。

　　上述工作得到了國家自然科學基金委創(chuàng)新研究群體基金和優(yōu)秀青年基金、科技部“973”和“863”等項目的支持。