基于非晶InGaZnO材料的阻變存儲器與憶阻器

　　劉益春、徐海陽、王中強

　　東北師范大學，先進光電子功能材料研究中心，紫外光發射材料與技術教育部重點實驗室

　　從材料結構及電子結構角度入手，將In、Ga 元素引入到ZnO 材料中形成InGaZnO(IGZO)非晶合金材料，由于球對稱的In 5s 軌道交疊較大，使得該材料具有形變對電學輸運影響較小且遷移率較高的特點。

　　利用上述材料優勢，采用室溫工藝，在塑料襯底上制作了高性能IGZO 柔性阻變存儲器。器件在連續十萬次大角度彎折測試中，性能穩定，存儲信息未丟失。變溫電學輸運特性的研究表明：阻變行為與氧離子移動密切相關，該存儲器的低阻導電通道由缺氧局域結構組成，而缺氧態的局部氧化導致了存儲器由低阻態向高阻態的轉變。[1]

　　在此基礎上，利用IGZO 非晶薄膜的電學性質可調節性及其對激勵信號可作出動態反應等特點，設計并制備了由兩層不同含氧量IGZO 薄層構成的憶阻器件;實現了對人腦神經突觸多種基本功能的仿生模擬，涉及興奮性突觸后電流、非線性傳輸特性、長時程/短時程可塑性、刺激頻率響應特性、STDP 機制、經驗式學習等多個方面。特別是，器件表現出的短時記憶行為與“學習-忘記-再學習”的經驗式學習模式符合人類的認知規律。進一步，通過系統研究短時可塑性隨溫度的變化規律，揭示了該器件的運行機制為氧離子的遷移和擴散。[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)