【摘 要】
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非易失性阻变存储器(RRAM)除了具有低功耗、高密度、高响应速度等优点,还与传统的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺具有良好的兼容性,被认为是突破摩尔定律极限和冯-诺依曼瓶颈的存储墙和功耗墙问题的最佳解决方案。近年来基于RRAM的研究除集中在提高存储密度和降低功耗以满足人工突触模拟和类脑计算等仿生功能需求以外,使用多功能集成化的RRAM器件来拓展更广泛的使用场景也是大家关注的方向之一。本论文以R
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非易失性阻变存储器(RRAM)除了具有低功耗、高密度、高响应速度等优点,还与传统的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺具有良好的兼容性,被认为是突破摩尔定律极限和冯-诺依曼瓶颈的存储墙和功耗墙问题的最佳解决方案。近年来基于RRAM的研究除集中在提高存储密度和降低功耗以满足人工突触模拟和类脑计算等仿生功能需求以外,使用多功能集成化的RRAM器件来拓展更广泛的使用场景也是大家关注的方向之一。本论文以RRAM重要的材料AlOx为基础,通过设计和优化器件结构,在改善器件的稳定性、降低功耗的基础上,探索了其在光电逻辑器件和光电导记忆器件方面的应用。本论文主要开展了以下方面的工作:1、使用磁控溅射技术制备Cu掺杂的AlOx薄膜的RRAM器件,相比于未掺杂器件,实现了0.14 V的低操作电压,器件的耐久性和保持性能得到了提升。对Cu掺杂下导电细丝形成以及对阻变行为的影响进行了分析,认为掺杂的部分金属态的Cu原子的活化能下降,相对于电极中的Cu原子,掺杂Cu原子更容易被氧化并发生迁移。同时颗粒状的Cu能够起到增强局域电场和缩短导电细丝形成路径的作用,更小的限制电流下,掺杂Cu与电极Cu共同形成更细的导电细丝。2、设计并获得了具有自整流效应的Al/AlOx/Cu2O/FTO结构器件,表现出电/光多场下的阻变行为和低功耗的特点。C-AFM和电学测试结果显示,器件阻态的转变与氧空位在电压作用下发生的迁移并形成导电细丝有关。利用470 nm光照下,器件电导状态变化的行为,本论文提出了一种光场和电场共同调控的“或门”逻辑电路。3、设计了一种基于锐钛矿相TiO2薄膜的紫外光感受器,获得了电场下的突触行为和持续性光电导行为。根据不同的光功率和光照时间下弛豫时间的变化,提出了薄膜中缺陷能级电子的捕获与去捕获过程对持续性光电导产生影响的理论,最终探索了器件在图像记忆和处理即“存算一体”方向上的功能应用。
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