微電子所揭示阻變存儲器失效機制

　　近日，中國科學院微電子研究所劉明課題組在阻變存儲器（RRAM）研究方向取得新進展，揭示了陽離子基阻變存儲器復位失效現(xiàn)象的微觀機制，通過增加離子阻擋層，改善了器件的可靠性，主要研究成果于10月17日發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.201603293）上，并被選為封面文章。

　　移動計算和可穿戴設(shè)備能夠提供實時的、無縫連接的通信，極大改變了人們同外部世界的交互方式。隨著能夠提供Gbps數(shù)據(jù)傳輸速率的下一代移動互聯(lián)網(wǎng)的大范圍普及，對隨身攜帶移動終端的存儲容量、讀寫速度和功耗都帶了巨大的挑戰(zhàn)。阻變存儲器具有結(jié)構(gòu)簡單、高速、低功耗、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，受到國內(nèi)外研究機構(gòu)和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。但阻變存儲器在實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用之前還有一些關(guān)鍵的問題需要克服，特別是器件的失效機制及可靠性改善仍需開展進一步的研究。

　　劉明課題組在陽離子基阻變存儲器的微觀機制、性能調(diào)控和集成技術(shù)上開展了系統(tǒng)的研究工作。在前期工作的基礎(chǔ)上，課題組最近發(fā)現(xiàn)在陽離子基阻變存儲器中存在置位（SET）和復位（RESET）過程的競爭，造成了該類器件復位操作的失效。通過TEM和EDS的測試分析，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成導電細絲的活性金屬在電場作用下會擴散進入到Pt電極中，從而在Pt電極中形成額外的活性金屬源，造成復位操作的失效。課題組提出了在Pt電極表面增加離子阻擋層來抑制導電細絲過生長進入Pt電極的解決方案，發(fā)展了插入單層石墨烯作為離子阻擋層的新結(jié)構(gòu)器件，TEM結(jié)果表明石墨烯插層能夠有效阻擋導電細絲過生長進入Pt電極層，電學實驗結(jié)果證明石墨烯插層器件消除了復位操作失效的現(xiàn)象，在改善器件的可靠性的同時仍具有優(yōu)良的阻變存儲性能。

　　博士生劉森、副研究員盧年端和博士生趙曉龍為該文章的共同第一作者，研究員劉琦和中科院院士劉明為該文的共同通訊作者。上述工作得到了國家基金委、中科院和科技部相關(guān)項目的資助。

微電子所在阻變存儲器失效機制研究中獲進展