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阻變存儲器是什么?

更新時間:2020-12-10      點擊次數(shù):1151

伴隨著科學的發(fā)展和技術(shù)的進步,存儲器不斷被提出并被應(yīng)用于現(xiàn)今社會,在今天,電阻存儲器的研究已經(jīng)非常普遍,因為電阻存儲器[36-39]具有其本身非常大的優(yōu)點,具體地說,首先它具有非常大的存儲密度,因為電阻存儲器采用的是納米技術(shù)工藝,也就是說在幾十納米的數(shù)量級范圍內(nèi)對器件進行設(shè)計和構(gòu)造,所以它具有非常大的存儲密度,正是因為這樣,它具有很大的存儲容量。另外電阻存儲器還具有非易失的特性,從電阻開關(guān)的 I-V 電學測試圖中我們可以看到,當電阻開關(guān)形成以后,無論是單極性電阻開關(guān)還是雙極性電阻開關(guān)它們都具有電阻狀態(tài)的保特性,也就是說,當一個脈沖電壓過來的時候電阻開關(guān)會被激發(fā)到一定的電阻形態(tài)并保持這個形態(tài),一直到下一個脈沖電壓激勵的到來,電阻開關(guān)會跳變?yōu)榱硪蛔钁B(tài)。通過這種性質(zhì)很容易對電阻開關(guān)進行讀和寫的操作,當一個脈沖過來時候,電阻開關(guān)被這個脈沖激發(fā)為低阻態(tài),這個過程也就是我們所說的 Set 過程,由于這時候電阻相對于整個 I-V 曲線來說是比較低的,所以把它叫做低電阻態(tài),可以在這個時候?qū)?shù)據(jù)進行存儲,把所要的數(shù)據(jù)放入存儲器中,當?shù)诙€脈沖電壓到來的時候,當電阻被激發(fā)為高阻態(tài)時候,這個時候電阻率相對于整個過程來說*,因此電流小,這個時候被叫做 Reset 過程,可以通過這個過程來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的保存;電阻開關(guān)還具有自身的一個優(yōu)點就是功耗比較低,因為它不需要很大電壓來驅(qū)動,在斷電時候也可以保持原有的狀態(tài),所以在其對數(shù)據(jù)進行保存的過程中是不需要耗費電量。

根據(jù)電阻開關(guān)跳變過程是否與電壓的極性相關(guān),可以分為雙極性電阻開關(guān)和單極性電阻開關(guān)如圖 1-13,圖中雙極性電阻開關(guān)的跳變過程除了與電壓的大小有關(guān)系之外還和電壓的極性有關(guān),但是,在單極性電阻開關(guān)中,我們可以看到無論是在正的電壓下條件下還是在負的電壓條件下,電阻形態(tài)都會經(jīng)歷由低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)同時由高阻態(tài)變回低組態(tài),這兩種電阻跳變過程,在同一電壓極性范圍之內(nèi)都會發(fā)生。

 

有趣的是隨著時代的發(fā)展和科研人員的努力,我們在此同時又發(fā)現(xiàn)了一種無極性電阻開關(guān)和非常規(guī)性雙極性電阻開關(guān),無極性電阻開關(guān)的電阻形態(tài)的變化不會隨著電壓方向的變化而變化,同時電阻形態(tài)的變化可以發(fā)生在任何方向的電壓條件之內(nèi),也就是高低阻態(tài)的變化可以發(fā)生在正電壓的激發(fā)條件下同時也可以發(fā)生在負電壓的激發(fā)條件下。它和單極性電阻開關(guān)的區(qū)別在于,單極性電阻開關(guān)的組態(tài)變化只能從低電阻變化為高電阻,然后再從高電阻變回低電阻,但是無極性電阻開關(guān)的電阻形態(tài)是可以自己選擇的。它和雙極性電阻開關(guān)的不同之處在于,雙極性電阻開關(guān)的電阻形態(tài)的改變是要依賴于電壓極性的變化,而無極性電阻開關(guān)電阻形態(tài)的變化不依賴于電壓形態(tài)的變化。

電阻開關(guān)的機制現(xiàn)在普遍被人們認為的是體效應(yīng)和界面效應(yīng),體效應(yīng)中主要的就是導電絲的形成和斷裂,導電細絲的產(chǎn)生會有兩種,一種是金屬導電絲,另一種是半導體導電細絲,金屬導電細絲的形成是因為金屬上電極發(fā)生了變化,變?yōu)榭梢宰杂梢苿拥慕饘匐x子,金屬離子在半導體內(nèi)部逐漸積累,后形成了可以導電的金屬細絲,而當電壓過大,或者電流過大的時候金屬細絲就會發(fā)生斷裂,因此電阻開關(guān)這個時候就會返回到高阻態(tài)。半導體薄膜電阻開關(guān)內(nèi)部存在著帶正電的氧空位,氧空位會在電壓和一定的限制電流的條件下排列成導電細絲,這時候電阻開關(guān)就會表現(xiàn)為低阻態(tài),但是隨著電壓的升高,溫度逐漸升高,電阻導電絲就會發(fā)生熔斷,于此同時電阻開關(guān)返回到原來個高阻態(tài),這就是電阻開關(guān)體效應(yīng)電阻絲理論的基本解釋機制。另外一種機制叫做界面效應(yīng),他們認為電阻開關(guān)的薄膜半導體內(nèi)部存在著大量的缺陷和大量帶正電的氧空位,這些氧空位在上電極帶正電的情況下會向下電極方向移動,與此同時,由于缺陷的存在,大量帶正電的氧空位被大量的缺陷所捕獲,這就使得剛開始的電阻比較大,然而當電壓增大到一定階段的時候,的缺陷都被氧空位填滿的時候,我們可以發(fā)現(xiàn)這個時候帶正電的氧空位已經(jīng)成為可以自由導電的載流子,電阻開關(guān)的電阻形態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài),當正電極通上負電壓的時候我們可以發(fā)現(xiàn),這個時候帶正電的氧空位會被吸引到上電極,與此同時隨著缺陷逐漸將氧空位釋放出來,電阻開關(guān)又恢復(fù)到高阻態(tài)。在電阻開關(guān)的研究之中我們不能忘記的就是電阻開關(guān)可以作為實現(xiàn)邏輯電路的門電路來實現(xiàn),因為電阻開關(guān)具有很好的保持特性,也就是存儲特性,同時電壓的激發(fā)可以直接將所需信息寫入存儲器或者查出或者讀出來,所以,用電阻開關(guān)來實現(xiàn)邏輯門電路,可以直接運用到集成電路之中,現(xiàn)階段存儲器的發(fā)展已經(jīng)伴隨著集成電路的應(yīng)用進入了一個時代,現(xiàn)在以半導體電阻開關(guān)來實現(xiàn)邏輯門電路的人也是越來越多,我們不但實現(xiàn)了門電路,還要將它們應(yīng)用到集成電路中,來實現(xiàn)片內(nèi)存儲器和片外存儲器,同時經(jīng)過總線的控制可以寫入和讀出數(shù)據(jù)。

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