阻變存儲器是什麽？

伴隨著科學的發展和技術的進步，存儲(chu) 器不斷被提出並被應用於(yu) 現今社會(hui) ，在今天，電阻存儲(chu) 器的研究已經非常普遍，因為(wei) 電阻存儲(chu) 器[36-39]具有其本身非常大的優(you) 點，具體(ti) 地說，首先它具有非常大的存儲(chu) 密度，因為(wei) 電阻存儲(chu) 器采用的是納米技術工藝，也就是說在幾十納米的數量級範圍內(nei) 對器件進行設計和構造，所以它具有非常大的存儲(chu) 密度，正是因為(wei) 這樣，它具有很大的存儲(chu) 容量。另外電阻存儲(chu) 器還具有非易失的特性，從(cong) 電阻開關(guan) 的 I-V 電學測試圖中我們(men) 可以看到，當電阻開關(guan) 形成以後，無論是單極性電阻開關(guan) 還是雙極性電阻開關(guan) 它們(men) 都具有電阻狀態的保特性，也就是說，當一個(ge) 脈衝(chong) 電壓過來的時候電阻開關(guan) 會(hui) 被激發到一定的電阻形態並保持這個(ge) 形態，一直到下一個(ge) 脈衝(chong) 電壓激勵的到來，電阻開關(guan) 會(hui) 跳變為(wei) 另一阻態。通過這種性質很容易對電阻開關(guan) 進行讀和寫(xie) 的操作，當一個(ge) 脈衝(chong) 過來時候，電阻開關(guan) 被這個(ge) 脈衝(chong) 激發為(wei) 低阻態，這個(ge) 過程也就是我們(men) 所說的 Set 過程，由於(yu) 這時候電阻相對於(yu) 整個(ge) I-V 曲線來說是比較低的，所以把它叫做低電阻態，可以在這個(ge) 時候對數據進行存儲(chu) ，把所要的數據放入存儲(chu) 器中，當第二個(ge) 脈衝(chong) 電壓到來的時候，當電阻被激發為(wei) 高阻態時候，這個(ge) 時候電阻率相對於(yu) 整個(ge) 過程來說*高，因此電流小，這個(ge) 時候被叫做 Reset 過程，可以通過這個(ge) 過程來實現對數據的保存；電阻開關(guan) 還具有自身的一個(ge) 優(you) 點就是功耗比較低，因為(wei) 它不需要很大電壓來驅動，在斷電時候也可以保持原有的狀態，所以在其對數據進行保存的過程中是不需要耗費電量。

根據電阻開關(guan) 跳變過程是否與(yu) 電壓的極性相關(guan) ，可以分為(wei) 雙極性電阻開關(guan) 和單極性電阻開關(guan) 如圖 1-13，圖中雙極性電阻開關(guan) 的跳變過程除了與(yu) 電壓的大小有關(guan) 係之外還和電壓的極性有關(guan) ，但是，在單極性電阻開關(guan) 中，我們(men) 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，電阻形態都會(hui) 經曆由低阻態變為(wei) 高阻態同時由高阻態變回低組態，這兩(liang) 種電阻跳變過程，在同一電壓極性範圍之內(nei) 都會(hui) 發生。

有趣的是隨著時代的發展和科研人員的努力，我們(men) 在此同時又發現了一種無極性電阻開關(guan) 和非常規性雙極性電阻開關(guan) ，無極性電阻開關(guan) 的電阻形態的變化不會(hui) 隨著電壓方向的變化而變化，同時電阻形態的變化可以發生在任何方向的電壓條件之內(nei) ，也就是高低阻態的變化可以發生在正電壓的激發條件下同時也可以發生在負電壓的激發條件下。它和單極性電阻開關(guan) 的區別在於(yu) ，單極性電阻開關(guan) 的組態變化隻能從(cong) 低電阻變化為(wei) 高電阻，然後再從(cong) 高電阻變回低電阻，但是無極性電阻開關(guan) 的電阻形態是可以自己選擇的。它和雙極性電阻開關(guan) 的不同之處在於(yu) ，雙極性電阻開關(guan) 的電阻形態的改變是要依賴於(yu) 電壓極性的變化，而無極性電阻開關(guan) 電阻形態的變化不依賴於(yu) 電壓形態的變化。

電阻開關(guan) 的機製現在普遍被人們(men) 認為(wei) 的是體(ti) 效應和界麵效應，體(ti) 效應中主要的就是導電絲(si) 的形成和斷裂，導電細絲(si) 的產(chan) 生會(hui) 有兩(liang) 種，一種是金屬導電絲(si) ，另一種是半導體(ti) 導電細絲(si) ，金屬導電細絲(si) 的形成是因為(wei) 金屬上電極發生了變化，變為(wei) 可以自由移動的金屬離子，金屬離子在半導體(ti) 內(nei) 部逐漸積累，後形成了可以導電的金屬細絲(si) ，而當電壓過大，或者電流過大的時候金屬細絲(si) 就會(hui) 發生斷裂，因此電阻開關(guan) 這個(ge) 時候就會(hui) 返回到高阻態。半導體(ti) 薄膜電阻開關(guan) 內(nei) 部存在著帶正電的氧空位，氧空位會(hui) 在電壓和一定的限製電流的條件下排列成導電細絲(si) ，這時候電阻開關(guan) 就會(hui) 表現為(wei) 低阻態，但是隨著電壓的升高，溫度逐漸升高，電阻導電絲(si) 就會(hui) 發生熔斷，於(yu) 此同時電阻開關(guan) 返回到原來個(ge) 高阻態，這就是電阻開關(guan) 體(ti) 效應電阻絲(si) 理論的基本解釋機製。另外一種機製叫做界麵效應，他們(men) 認為(wei) 電阻開關(guan) 的薄膜半導體(ti) 內(nei) 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(hui) 向下電極方向移動，與(yu) 此同時，由於(yu) 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(men) 可以發現這個(ge) 時候帶正電的氧空位已經成為(wei) 可以自由導電的載流子，電阻開關(guan) 的電阻形態變為(wei) 低阻態，當正電極通上負電壓的時候我們(men) 可以發現，這個(ge) 時候帶正電的氧空位會(hui) 被吸引到上電極，與(yu) 此同時隨著缺陷逐漸將氧空位釋放出來，電阻開關(guan) 又恢複到高阻態。在電阻開關(guan) 的研究之中我們(men) 不能忘記的就是電阻開關(guan) 可以作為(wei) 實現邏輯電路的門電路來實現，因為(wei) 電阻開關(guan) 具有很好的保持特性，也就是存儲(chu) 特性，同時電壓的激發可以直接將所需信息寫(xie) 入存儲(chu) 器或者查出或者讀出來，所以，用電阻開關(guan) 來實現邏輯門電路，可以直接運用到集成電路之中，現階段存儲(chu) 器的發展已經伴隨著集成電路的應用進入了一個(ge) 時代，現在以半導體(ti) 電阻開關(guan) 來實現邏輯門電路的人也是越來越多，我們(men) 不但實現了門電路，還要將它們(men) 應用到集成電路中，來實現片內(nei) 存儲(chu) 器和片外存儲(chu) 器，同時經過總線的控製可以寫(xie) 入和讀出數據。