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RRAM阻变单元材料参数对阻变特性影响研究

阻变存储器（Resistance Random Access Memory）是利用阻变材料的阻变效应来实现数据的存储，由于其具有操作电压低、耐擦写、多值存储及高速读写等优势，有望突破现有存储器的瓶颈，被认为是最有潜力的下一代非易失性存储器代表 [1-3]。导电细丝的生长断裂引起阻变单元宏观阻态的改变是目前众多学者广泛认可的电阻转换机制 [4]。导电细丝生长断裂的本质是阻变层中的离子在电、热耦合作用下的扩散迁移，因此会受到电极材料、外界温度及导热系数的影响 [5-7]。此外，由于导电细丝通断过程难以被实验观测，因此需要采用多物理场有限元分析软件，研究导电细丝生长、断裂过程，分析电场、热场及离子浓度的分布特征。本文构建了RRAM阻变单元仿真模型，通过模拟RRAM的“SET”和“RESET”过程，计算导电细丝通断过程的阻态变化情况，实现氧空位导电细丝型RRAM的阻变特性仿真；并分析了电极材料的电导率及热导率和介质层电导率变化对导电细丝通断的影响。结果表明，当顶电极电导率为2×10⁴ S/m时，其高低阻态的阻值分别为2135 kΩ和755 kΩ，当其增加到9×10⁶ S/m时，其阻值分别为2142 kΩ和780 kΩ；顶电极热导率的增加会影响导电细丝通断过程中产生的热量，从而促进导电细丝的形成；将介质层最大电导率从2.5×10⁴ S/m增加到4.5×10⁴ S/m时，其导电细丝通断处的高低阻态之比由3.7增加至11.2。因此可以发现介质层电导率的变化对其阻态特性的影响最大。通过研究材料参数对阻态特性的影响，为RRAM器件阻变材料的选择和阻变性能的改进提供理论依据。