《通过石墨烯缺陷工程打破阳离子基阻变器件中的电流-保持困境难题》

《通过石墨烯缺陷工程打破阳离子基阻变器件中的电流-保持困境难题》

近日，中国科学院院士、中科院微电子研究所研究员刘明团队及其合作者在阳离子基阻变器件电流-保持特性调控上取得重要进展。


阻变存储器是一种新型的存储技术，具有低功耗，高存取速度，可缩小性好及易于3D集成等优势，被认为是下一代存储技术的有力竞争者。基于1S1R单元的3D交叉阵列构架是RRAM最具潜力的高密度集成技术方案。为保证1S1R正常工作，选择器必须能够提供相较于存储器更高的驱动电流，这与电流-保持特性经典关系（电流越大保持特性越好）相违背。因此，如何有效调控阳离子基阻变器件的保持特性，打破电流-保持特性经典关系的制约，以满足阳离子基阻变器件作为存储器/选择器的需要，是阻变存储器应用中亟需解决的难题。

针对上述问题，刘明团队提出通过石墨烯缺陷工程控制活性电极离子向阻变功能层中注入的路径尺寸和数量，集中化/离散化阳离子基阻变器件中导电通路的分布来调控其稳定性。此类调控方法也可看作是“一根筷子轻轻被折断，十双筷子牢牢抱成团”的东方哲学思想的一种科学运用。该方法打破了阻变器件中电流-保持困境的经典难题，不仅获得了高驱动电流（双向500μA）、低保持特性的易失性选择器（图1a），而且获得了低操作电流（1μA）、高保持特性的非易失性存储器（图1b），这就为阻变存储器的1S1R方案3D高密度集成奠定了基础（图2）。此工作是该领域首次在相同结构阻变器件中实现电流-保持特性的双向调控，这种通用的基于二维材料阻挡概念的离子迁移调控方法也能够移植应用到离子电池，离子传感等研究领域。

该工作以《通过石墨烯缺陷工程打破阳离子基阻变器件中的电流-保持困境难题》为题，发表在《先进材料》杂志上（Advanced Materials，DOI:10.1002/adma.201705193）并被评为内封面故事，相关专利已在申请。中科院微电子所博士赵晓龙、上海微系统与信息技术研究所博士马骏及武汉大学教授肖湘衡为该论文共同第一作者，刘明、微电子所研究员刘琦及上海微系统所研究员狄增峰为该论文共同通讯作者。该项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京科技人才培养项目、中科院战略重点研究计划等的资助。

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