简介
《阻变存储器材料与器件》对近年来材料、微电子、信息、物理等领域共同关注的非易失性存储器—— 阻变存储器的材料、结构、性能、集成及应用等方面进行了较系统的介绍。《阻变存储器材料与器件》共7 章，第1 章为绪论，概述了存储器类型与发展历程；第2 章为阻变存储器基础；第3 章为阻变存储器的材料体系及制备方法；第4 章为阻变存储器的电阻转变机理，重点阐述了金属导电细丝型、氧空位导电细丝型、界面势垒调节型、缺陷俘获释放型、电致热化学转变型等各类阻变存储器的电阻转变特性与机制；第5 章为阻变存储器的性能优化，讨论了性能优化的各种途径；第6 章为阻变存储器的集成结构，对十字交叉阵列的阻变存储器中串扰电流的抑制方法进行了诠释；第7 章为电阻转变效应的其他应用。
目录
前言第 1章绪论 1
1.1 存储器概述 3
1.1.1 易失性存储器 3
1.1.2 非易失性存储器 4
1.2 新型非易失性存储器的研究进展 6
1.2.1 铁电随机存储器 6
1.2.2 磁阻随机存储器 7
1.2.3 相变存储器 8
1.2.4 阻变存储器 9
参考文献 9
第 2章阻变存储器基础 12
2.1 电阻转变效应简介 12
2.2 电阻转变效应的应用领域 14
2.2.1 阻变随机存储器 14
2.2.2 可编程逻辑电路 14
2.2.3 人工神经网络模拟 15
2.3 阻变存储器的基本结构 15
2.4 阻变存储器的性能参数 16
2.5 阻变存储器的发展历程与研究现状 18
参考文献 21
第 3章阻变存储器的材料体系及制备方法 23
3.1 阻变介质材料 23
3.1.1 介质材料概述 23
3.1.2 二元氧化物 25
3.1.3 三元及多元氧化物 29
3.1.4 硫族固态电解质 30
3.1.5 其他无机材料 31
3.1.6 有机介质材料 32
3.2 电极材料 34
参考文献 35
第 4章阻变存储器的电阻转变机理 40
4.1 金属导电细丝型阻变存储器 40
4.1.1 基本特征 40
4.1.2 金属导电细丝型阻变存储器的材料体系 42
4.1.3 金属导电细丝的表征 82
4.1.4 导电细丝的形状和生长方向 93
4.1.5 导电细丝型阻变存储器的小型化潜力 102
4.2 氧空位导电细丝型阻变存储器 103
4.2.1 基本特征 103
4.2.2 典型的氧空位导电细丝型阻变存储器 105
4.2.3 电初始化过程 138
4.2.4 电极与界面的影响 146
4.3 界面势垒调节型阻变存储器 148
4.3.1 基本特征 148
4.3.2 接触电阻的本质 149
4.3.3 耗尽层宽度的变化 151
4.3.4 电阻转变区域 151
4.3.5 氧空位的作用 153
4.4 电荷俘获释放型阻变存储器 155
4.4.1 基本特征 155
4.4.2 界面陷阱型 156
4.4.3 纳米插入层陷阱型 157
4.4.4 均匀分布陷阱型 164
4.5 电致热化学转变型阻变存储器 166
4.5.1 氧化物中的热化学转变 167
4.5.2 有机物中的热化学转变 170
4.6 其他类型的阻变存储器 171
4.6.1 无机物中独特的电阻转变类型 171
4.6.2 有机物中独特的电阻转变类型 174
参考文献 176
第 5章阻变存储器的性能优化 188
5.1 介质材料的掺杂改性 188
5.1.1 氧化物阻变存储器的掺杂改性 189
5.1.2 氮化物阻变存储器的掺杂改性 202
5.2 电极工程 210
5.21 氧离子迁移型器件的电极优化 210
5.22 电极的合金化 223
5.23 电极界面形貌的修饰 226
5.3 界面工程 228
5.3.1 金属插入层对界面的调控 228
5.3.2 氧化物插入层对界面的调控230
5.3.3 其他功能层对界面的调控 232
5.4 多值存储与量子导电 234
5.4.1 不同电阻转变机制耦合导致的多值存储 235
5.4.2 调控导电细丝形态获得的多值存储 241
5.4.3 量子导电行为 244
5.5 器件结构和外围电路优化 253
5.5.1 十字交叉阵列的边缘效应 253
5.5.2 三维存储 255
5.5.3 外围电路优化 259
参考文献 260
第 6章阻变存储器的集成结构 266
6.1 二极管-电阻器 (1D1R)结构 268
6.2 自整流阻变存储器结构 271
6.2.1 自整流阻变存储器概述 271
6.2.2 SiOx基自整流阻变存储器 273
6.2.3 ZnO基自整流阻变存储器 277
6.2.4 自整流阻变器件在十字交叉阵列中的验证 285
6.3 互补型阻变存储器结构 286
6.3.1 互补型阻变存储器概述 286
6.3.2 电极材料对互补型电阻转变特性的影响 290
6.3.3 互补型阻变存储器的结构简化 298
6.3.4 三明治结构中的互补型电阻转变 312
6.4 选通管-电阻器 (1S1R)结构313
6.4.1 双向选通管器件概述 313
6.4.2 1S1R集成结构的应用实例 315
参考文献 319
第 7章电阻转变效应的其他应用 323
7.1 神经突触模拟与仿生 323
7.1.1 神经突触简介 324
7.1.2 电阻转变器件模拟神经突触 325
7.1.3 基于 InGaZnO材料的神经突触模拟 329
7.1.4 PEDOT:PSS导电行为的调控与神经突触模拟 338
7.2 电阻转变行为与其他物理现象的耦合 349
7.2.1 电阻转变效应对磁性的调制 350
7.2.2 电阻转变效应与光电效应的耦合 365
7.2.3 电阻转变器件的超导特性 368
7.3 逻辑电路应用 370
7.3.1 FPGA中的可重构开关 371
7.3.2 基于阻变器件的逻辑门 372
7.3.3 实质蕴涵逻辑门 374
参考文献 377
1.1 存储器概述 3
1.1.1 易失性存储器 3
1.1.2 非易失性存储器 4
1.2 新型非易失性存储器的研究进展 6
1.2.1 铁电随机存储器 6
1.2.2 磁阻随机存储器 7
1.2.3 相变存储器 8
1.2.4 阻变存储器 9
参考文献 9
第 2章阻变存储器基础 12
2.1 电阻转变效应简介 12
2.2 电阻转变效应的应用领域 14
2.2.1 阻变随机存储器 14
2.2.2 可编程逻辑电路 14
2.2.3 人工神经网络模拟 15
2.3 阻变存储器的基本结构 15
2.4 阻变存储器的性能参数 16
2.5 阻变存储器的发展历程与研究现状 18
参考文献 21
第 3章阻变存储器的材料体系及制备方法 23
3.1 阻变介质材料 23
3.1.1 介质材料概述 23
3.1.2 二元氧化物 25
3.1.3 三元及多元氧化物 29
3.1.4 硫族固态电解质 30
3.1.5 其他无机材料 31
3.1.6 有机介质材料 32
3.2 电极材料 34
参考文献 35
第 4章阻变存储器的电阻转变机理 40
4.1 金属导电细丝型阻变存储器 40
4.1.1 基本特征 40
4.1.2 金属导电细丝型阻变存储器的材料体系 42
4.1.3 金属导电细丝的表征 82
4.1.4 导电细丝的形状和生长方向 93
4.1.5 导电细丝型阻变存储器的小型化潜力 102
4.2 氧空位导电细丝型阻变存储器 103
4.2.1 基本特征 103
4.2.2 典型的氧空位导电细丝型阻变存储器 105
4.2.3 电初始化过程 138
4.2.4 电极与界面的影响 146
4.3 界面势垒调节型阻变存储器 148
4.3.1 基本特征 148
4.3.2 接触电阻的本质 149
4.3.3 耗尽层宽度的变化 151
4.3.4 电阻转变区域 151
4.3.5 氧空位的作用 153
4.4 电荷俘获释放型阻变存储器 155
4.4.1 基本特征 155
4.4.2 界面陷阱型 156
4.4.3 纳米插入层陷阱型 157
4.4.4 均匀分布陷阱型 164
4.5 电致热化学转变型阻变存储器 166
4.5.1 氧化物中的热化学转变 167
4.5.2 有机物中的热化学转变 170
4.6 其他类型的阻变存储器 171
4.6.1 无机物中独特的电阻转变类型 171
4.6.2 有机物中独特的电阻转变类型 174
参考文献 176
第 5章阻变存储器的性能优化 188
5.1 介质材料的掺杂改性 188
5.1.1 氧化物阻变存储器的掺杂改性 189
5.1.2 氮化物阻变存储器的掺杂改性 202
5.2 电极工程 210
5.21 氧离子迁移型器件的电极优化 210
5.22 电极的合金化 223
5.23 电极界面形貌的修饰 226
5.3 界面工程 228
5.3.1 金属插入层对界面的调控 228
5.3.2 氧化物插入层对界面的调控230
5.3.3 其他功能层对界面的调控 232
5.4 多值存储与量子导电 234
5.4.1 不同电阻转变机制耦合导致的多值存储 235
5.4.2 调控导电细丝形态获得的多值存储 241
5.4.3 量子导电行为 244
5.5 器件结构和外围电路优化 253
5.5.1 十字交叉阵列的边缘效应 253
5.5.2 三维存储 255
5.5.3 外围电路优化 259
参考文献 260
第 6章阻变存储器的集成结构 266
6.1 二极管-电阻器 (1D1R)结构 268
6.2 自整流阻变存储器结构 271
6.2.1 自整流阻变存储器概述 271
6.2.2 SiOx基自整流阻变存储器 273
6.2.3 ZnO基自整流阻变存储器 277
6.2.4 自整流阻变器件在十字交叉阵列中的验证 285
6.3 互补型阻变存储器结构 286
6.3.1 互补型阻变存储器概述 286
6.3.2 电极材料对互补型电阻转变特性的影响 290
6.3.3 互补型阻变存储器的结构简化 298
6.3.4 三明治结构中的互补型电阻转变 312
6.4 选通管-电阻器 (1S1R)结构313
6.4.1 双向选通管器件概述 313
6.4.2 1S1R集成结构的应用实例 315
参考文献 319
第 7章电阻转变效应的其他应用 323
7.1 神经突触模拟与仿生 323
7.1.1 神经突触简介 324
7.1.2 电阻转变器件模拟神经突触 325
7.1.3 基于 InGaZnO材料的神经突触模拟 329
7.1.4 PEDOT:PSS导电行为的调控与神经突触模拟 338
7.2 电阻转变行为与其他物理现象的耦合 349
7.2.1 电阻转变效应对磁性的调制 350
7.2.2 电阻转变效应与光电效应的耦合 365
7.2.3 电阻转变器件的超导特性 368
7.3 逻辑电路应用 370
7.3.1 FPGA中的可重构开关 371
7.3.2 基于阻变器件的逻辑门 372
7.3.3 实质蕴涵逻辑门 374
参考文献 377
阻变存储器材料与器件
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