银锗硒（碲）玻璃体系固体电解质阻性存储特性研究

本项目将利用脉冲激光沉积技术、电子束蒸发镀膜技术、聚焦离子束刻蚀技术及现代微电子加工工艺来制备银锗硒(碲)玻璃体系固体电解质薄膜阻性存储器原型器件及原型器件阵列，系统研究不同组份银锗硒(碲)玻璃体系固体电解质阻性存储器原型器件的薄膜组份与器件开关电压阈值之间的关联，不同组份器件的"开"态及"关"态的电阻随温度变化行为。研究外加脉冲电压的幅值、脉宽及频率对器件开关寿命及器件信号保持特性的影响，研究环境温度对器件开关寿命及保持特性的影响。通过在NaCl衬底上制备透射电子显微镜(TEM)观察用银锗硒(碲)玻璃体系固体电解质阻性存储器件平面样品，模拟器件的阻变开关过程，研究薄膜在外加电场作用下微结构的动力学演化过程，揭示银锗硒(碲)玻璃体系固体电解质阻性存储器件阻变开关的材料科学基础，为银锗硒玻璃体系固体电解质阻性存储器件的实用化提供组份选择、结构设计及电路参数设计方面的科学依据。

我们系统研究了、Ag-Ge-Se(Te)及Cu2S的电阻开关行为，并对相变材料GeTe4及Sb2Te3的电阻开关行为开展了探索性的研究工作。目前该项目已发表高水平学术论文6篇，包括Scientific Reports、Appl. Phys. Lett.及Solid State Communication等。具体如下：.1) 首次同时在非晶态和结晶态Ag/AGT/Pt器件中实现了阻变开关效应。TEM研究表明，通过电场诱导沉积作用，相互连接的Ag2Te析出相导致了阻变器件产生电渗流而实现开关。.2) 在Ag/Ag-Ge-Se/Pt忆阻器上实现了电突触行为。通过单电脉冲调制实现了生物突触学习和记忆的LTP（长时程增强）和LTD（长时程抑制）性能，并对仿生物突触功能的STDP（峰时依赖可塑性）函数进行模拟。研究了AGS忆阻器的四则运算功能。以电突触权重变化量随着脉冲加载次数的变化来实现器件的加减乘除功能。这一进展在实现同时胜任信息处理与存储功能的器件方面迈出了关键的一步。 .3) 研究了低银含量的化合物Ag10Ge15Te75 的线性磁电阻特性。发现其线性磁电阻系数随着测试温度的降低而升高，并在温度200 K，磁场7 T时磁阻值达到110%。发现250oC退火的AGT薄膜较高的线性磁电阻源于镶嵌于AGT非晶基体中的Ag2Te和GeTe4析出相所导致的电导率不均匀分布。.4) 我们利用HRTEM技术原位研究了Cu2S固体电解质阻变存储器件的开关过程。从TEM高分辨图像可以看出，随着正向电压的增加，析出相开始产生，薄膜当中有一片较深衬度的析出相连接正负电极，器件维持在低阻态；施加反向电压后，连接正负电极之间的深衬度薄膜已经自活性电极Cu方向开始消散，正负极之间无法导通，导电通道瓦解，器件又回到高阻态。我们发现Cu+在导电通道的形成中起着关键作用。.5)我们对GeTe4薄膜的相变存储特性研究开展了探索性研究。对处于高阻态的GeTe4存储器施加脉宽较长而强度较小的脉冲，以实现器件由高阻态向低阻态转变的Set过程；对处于低阻态的GeTe4存储器施加脉宽较短而强度较大的脉冲，实现器件由低阻态向高阻态转变的Reset过程。分别在140oC,150oC,160oC三个温度下测试了GeTe4非晶薄膜的特征时间，推算出非晶态GeTe4薄膜特征时间为10年的工作温度，结果为121oC，优于GST