阻变存储器(RRAM)器件特性与模型研究

阻变存储器电学特性的研究阻变存储器（ReRAM）是一种新型的非挥发性存储器技术，具有高密度、快速操作和低功耗等优点，被广泛认为是下一代存储器的主要候选技术之一、其工作原理是通过改变材料中的电阻来实现信息的存储和读取。

随着对阻变存储器技术的深入研究，其电学特性逐渐得到了揭示和理解。

阻变存储器的电学特性主要包括电阻窗、可重复程度、读取能力和耐久性等。

电阻窗是指在状态切换过程中材料电阻发生改变的范围。

在现有的阻变材料中，电阻窗通常在几十到几百倍之间。

电阻窗大小对于阻变存储器的稳定性和读取能力至关重要。

可重复程度是指材料在多次状态切换后恢复初始状态的程度。

阻变存储器的可重复程度需要尽可能高，以确保可持续的数据存储和读取性能。

当材料的可重复程度较低时，可能出现数据丢失或错误读取的情况。

读取能力是指阻变存储器在读取操作时的电流响应速度。

由于阻变存储器的工作机制涉及到电阻的状态改变，在不同的电阻状态下，电阻器的电流响应速度可能存在差异。

因此，优化阻变存储器的读取能力是提高存储器性能的重要因素之一另外，阻变存储器的电学特性还与材料的制备方法、结构设计和器件工艺等因素密切相关。

因此，对于阻变存储器的电学特性研究不仅需要从材料层面进行探索，还需要与器件层面的设计和优化相结合。

目前，针对阻变存储器电学特性的研究主要集中在材料选择和制备、器件结构设计和优化、读取电路设计、稳定性和寿命等方面。

这些研究的目标是提高阻变存储器的性能，并推动其在实际应用中的商业化。

综上所述，阻变存储器的电学特性研究是推动其发展和应用的关键之一、通过深入研究阻变存储器的电学特性，可以为其性能优化和工艺改进提供基础理论和实验依据，进一步推动阻变存储器技术的发展。

目录引言 (1)1 RRAM技术回顾 (1)2 RRAM工作机制及原理探究 (4)2.1 RRAM基本结构 (4)2.2 RRAM器件参数 (6)2.3 RRAM的阻变行为分类 (7)2.4 阻变机制分类 (9)2.4.1电化学金属化记忆效应 (11)2.4.2价态变化记忆效应 (15)2.4.3热化学记忆效应 (19)2.4.4静电/电子记忆效应 (23)2.4.5相变存储记忆效应 (24)2.4.6磁阻记忆效应 (26)2.4.7铁电隧穿效应 (28)2.5 RRAM与忆阻器 (30)3 RRAM研究现状与前景展望 (33)参考文献 (36)阻变随机存储器（RRAM）引言：阻变随机存储器（RRAM）是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器（NVM）器件。

近年来，NVM器件由于其高密度、高速度和低功耗的特点，在存储器的发展当中占据着越来越重要的地位。

硅基flash存储器作为传统的NVM器件，已被广泛投入到可移动存储器的应用当中。

但是，工作寿命、读写速度的不足，写操作中的高电压及尺寸无法继续缩小等瓶颈已经从多方面限制了flash存储器的进一步发展。

作为替代，多种新兴器件作为下一代NVM器件得到了业界广泛的关注[1、2]，这其中包括铁电随机存储器（FeRAM）[3]、磁性随机存储器（MRAM）[4]、相变随机存储器（PRAM）[5]等。

然而，FeRAM及MRAM 在尺寸进一步缩小方面都存在着困难。

在这样的情况下，RRAM器件因其具有相当可观的微缩化前景，在近些年已引起了广泛的研发热潮。

本文将着眼于RRAM 的发展历史、工作原理、研究现状及应用前景入手，对RRAM进行广泛而概括性地介绍。

1 RRAM技术回顾虽然RRAM于近几年成为存储器技术研究的热点，但事实上对阻变现象的研究工作在很久之前便已开展起来。

1962年，T. W. Hickmott通过研究Al/SiO/Au、Al/Al2O3/Au、Ta/Ta2O5/Au、Zr/ZrO2/Au以及Ti/TiO2/Au等结构的电流电压特性曲线，首次展示了这种基于金属-介质层-金属(MIM)三明治结构在偏压变化时发生的阻变现象[6]。

目录引言 (1)1 RRAM技术回顾 (1)2 RRAM工作机制及原理探究 (4)2.1 RRAM基本结构 (4)2.2 RRAM器件参数 (6)2.3 RRAM的阻变行为分类 (7)2.4 阻变机制分类 (9)2.4.1电化学金属化记忆效应 (11)2.4.2价态变化记忆效应 (15)2.4.3热化学记忆效应 (19)2.4.4静电/电子记忆效应 (23)2.4.5相变存储记忆效应 (24)2.4.6磁阻记忆效应 (26)2.4.7铁电隧穿效应 (28)2.5 RRAM与忆阻器 (30)3 RRAM研究现状与前景展望 (33)参考文献 (36)阻变随机存储器（RRAM）引言：阻变随机存储器（RRAM）是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器（NVM）器件。

近年来，NVM器件由于其高密度、高速度和低功耗的特点，在存储器的发展当中占据着越来越重要的地位。

硅基flash存储器作为传统的NVM器件，已被广泛投入到可移动存储器的应用当中。

但是，工作寿命、读写速度的不足，写操作中的高电压及尺寸无法继续缩小等瓶颈已经从多方面限制了flash存储器的进一步发展。

作为替代，多种新兴器件作为下一代NVM器件得到了业界广泛的关注[1、2]，这其中包括铁电随机存储器（FeRAM）[3]、磁性随机存储器（MRAM）[4]、相变随机存储器（PRAM）[5]等。

然而，FeRAM及MRAM 在尺寸进一步缩小方面都存在着困难。

在这样的情况下，RRAM器件因其具有相当可观的微缩化前景，在近些年已引起了广泛的研发热潮。

本文将着眼于RRAM 的发展历史、工作原理、研究现状及应用前景入手，对RRAM进行广泛而概括性地介绍。

1 RRAM技术回顾虽然RRAM于近几年成为存储器技术研究的热点，但事实上对阻变现象的研究工作在很久之前便已开展起来。

1962年，T. W. Hickmott通过研究Al/SiO/Au、Al/Al2O3/Au、Ta/Ta2O5/Au、Zr/ZrO2/Au以及Ti/TiO2/Au等结构的电流电压特性曲线，首次展示了这种基于金属-介质层-金属(MIM)三明治结构在偏压变化时发生的阻变现象[6]。

RRAM器件的阻变机制理想的非挥发性数据存储器（NVM）应该呈现的特性，如高密度和成本低、速度快的写入和读出访问、低能量的操作，并且相对于高性能续航能力（写循环使用性能）和良好的保留特性。

今天，硅基闪存存储设备是最突出的NVM，因为它们的高密度和低制造成本。

但是，Flash遭受低续航能力、低写入速度、较高的写操作电压。

此外，在不久的将来，进一步缩放，即，继续在增加的Flash密度会碰到物理上的限制。

铁电随机存取存储器（FeRAM）和磁阻随机存取存储器（MRAM）覆盖了缝隙市场的特殊专用应用。

但是，达到和如今Flash相同密度时，铁电磁体随机存取存储器（FeRAM）和磁阻随机存取存储器（MRAM）在扩展性能上存在技术和固有缺陷等问题。

为了克服当前的NVM技术上的问题，对各种替代存储器技术进行了探讨。

最值得一提的是，基于电可切换电阻的NVM已经吸引了相当大的注意。

文章将覆盖特别有趣的阻变随机存取存储器（RRAM）课程，氧化还原反应和纳米离子迁移过程发挥了关键作用。

应该指出的是，尽管文章中叙述了很多细节问题，很多变种仍然完全未知的，我们目前所掌握的更多的是工作假设，而不是资金充足的物理模型的特点。

第一章绪论存储器应用于各种各样的电子设备产品中，在计算机系统中主要用来存储程序和数据。

计算机所需要的全部信息，包括输入的最原始数据、需要输出的数据、计算机程序、中间运行出来的结果和最终运行出来的结果都会保存在数据存储器中。

存储器采用了两种稳定状态来分别表示“0”和“1”。

目前，存储器所采用的材质主要是半导体器件和磁性材料。

存储器器件可以分为两类：挥发性存储器和非挥发性存储器。

挥发性存储器的特点是断电后所存储的信息全部丢失；相反，非挥发性存储器在断电的情况下，仍能保持所存储的数据信息。

选择挥发性存储器的一个重要原因是读取访问速度快。

尽管非挥发性存储器可以在断电时保存数据信息，但是写入数据(一个字节、页或扇区)的时间长。

纳米器件与技术Nanoelect ronic Device&Technology基于I2V特性的阻变存储器的阻变机制研究李颖弢1,2,刘　明1,龙世兵1,刘　琦1,3,张　森1,王　艳1,2,左青云1,王　琴1,胡　媛1,刘　肃2(1.中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术实验室,北京　100029;2.兰州大学物理科学与技术学院微电子研究所,兰州　730000;3.安徽大学电子科学与技术学院,合肥　230039)摘要:随着器件尺寸的缩小,阻变存储器(RRAM)具有取代现有主流Flash存储器成为下一代新型存储器的潜力。

但对RRAM器件电阻转变机制的研究在认识上依然存在很大的分歧,直接制约了RRAM的研发与应用。

通过介绍阻变存储器的基本工作原理、不同的阻变机制以及基于阻变存储器所表现出的不同I2V特性,研究了器件的阻变特性;详细分析了阻变存储器的五种阻变物理机制,即导电细丝(filament)、空间电荷限制电流效应(SCL C)、缺陷能级的电荷俘获和释放、肖特基发射效应(Schott ky emission)以及普尔-法兰克效应(Pool2Frenkel);同时,对RRAM器件的研究发展趋势以及面临的挑战进行了展望。

关键词:阻变存储器;非挥发性存储器;I2V特性;阻变机制;工作原理中图分类号:TN304.21;TP333.8　文献标识码:A　文章编号:1671-4776(2009)03-0134-07R esistive Switching Mechanisms for Nonvolatile R esistive R andom Access Memory B ased on I2V CharacteristicLi Y ingtao1,2,Liu Ming1,Long Shibing1,Liu Qi1,3,Zhang Sen1,Wang Yan1,2,Zuo Qingyun1,Wang Qin1,Hu Yuan1,Liu Su2(1.L aboratory of N ano2Fabrication and N ovel Devices Integrated T echnology,Institute of Microelectronics,Chinese A cadem y of S ciences,B ei j ing100029,China;2.I nstitute of M icroelect ronics,S chool of PhysicalS cience and Technolog y,L anz hou Universit y,L anz hou730000,China;3.S chool of Elect ronic Science andTechnology,A nhui Universit y,Hef ei230039,China)Abstract:With the conventional memories approaching their scaling limits in recent years,the nonvola2 tile resistive random access memory(RRAM)device is considered as one of the promising candidates of next2generation memories for possibly replacing the flash memory.However,the detailed switching mechanisms are not yet clearly understood,which is a direct constraint for the application of RRAM.Therefore,an overview of RRAM devices is presented,including the development status,basic opera2 tion principle and resistive switching mechanisms.Based on different I2V characteristics,these mecha2 nisms are mainly divided into conduction filament,space charge limited conduction,trap charging and discharging,Schottky emission and Pool2Frenkel emission.Meanwhile,the future research directions and challenges of RRAM memories are analysed.收稿日期:2008-11-13基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2008AA031403);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2006CB302706);国家自然科学基金资助项目(60825403,90607022,60506005)E2m ail:liuming@K ey w ords:RRAM;nonvolatile memory;I2V characteristics;resistance switching mechanisms; operation principleEEACC:2000;2520F0　引　言随着手机、MP3、MP4以及笔记本电脑等可携式个人设备的逐渐流行,非挥发性存储器在半导体行业中扮演着越来越重要的角色,其最大的优点是在无电源供应时所存储的数据仍能被长时间保持下来,目前市场上的非挥发性存储器仍以闪存(Flash)为主流。

新型高密度1S1R结构阻变存储器件概述随着现代半导体工艺的技术进步， Flash 存储器开始遇到技术瓶颈，新型存储器应运而生。

与其他几种新型的非易失性存储器相比，阻变存储器（ RRAM 或 ReRAM）因其具有结构简单、访问速度快等优势，成为下一代非易失性存储器的有力竞争者之一。

基于阻变存储器的交叉阵列是阻变存储器实现高密度存储最简单、最有效的方法。

而仅由阻变存储单元构成的交叉阵列由于漏电通道而存在误读现象。

为了解决误读现象，通常需要在每个存储单元上串联一个选择器构成1S1R结构。

对由阻变存储单元和选择器构成的1S1R结构的研究进展进行综述分析是一项有意义的工作，因此本论文主要对1S1R结构的阻变存储器件的研究进展进行概述。

关键词：阻变存储器，交叉阵列，选择器，1S1R目录中文摘要.......................................... 错误!未定义书签。

英文摘要.......................................... 错误!未定义书签。

第一章绪论 (1)1.1 阻变存储器 (1)1.1.1 RRAM基本结构 (1)1.1.2 RRAM技术回顾 (1)1.2 交叉阵列汇中的串扰问题 (3)1.3 本论文的研究意义及内容 (3)1.3.1 研究意义 (3)1.3.2 研究内容 (3)第二章 RRAM的集成选择器的集成方式 (5)2.1 有源阵列 (5)2.2 无源阵列 (5)第三章 RRAM的集成选择器的类型 (6)3.1 1T1R (6)3.2 1D1R (6)3.3 1S1R (8)3.4 back to back结构 (10)3.5 具有自整流特性的1R结构 (11)第四章 1S1R结构阻变存储器件研究进展 (13)第五章总结与展望 (14)5.1 论文总结 (14)5.2 未来工作展望 (14)第一章绪论1.1 阻变存储器1.1.1 RRAM基本结构阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）和相变存储器的原理有点相似，在电激励条件下，利用薄膜材料，薄膜电阻在高阻态和低阻态间相互转换，这样子就能实现数据存储[1-2]。

阻变存储器入门介绍RRAM是一种基于电阻变化的存储技术，通过调整电阻值来存储和读取数据。

它使用了一种称为"电阻随机烧结"的机制，利用了材料中的物理和化学效应来实现电阻值的变化。

RRAM通常由两个电极之间夹状的电阻随机烧结材料组成，其中一种是金属氧化物或硫化物。

当一个电压脉冲施加到电阻材料上时，其中产生的离子迁移会改变材料内部的电阻。

根据电压脉冲的极性和大小，电阻材料的电阻值可以被调整为不同的状态。

RRAM具有许多优点，使其成为下一代存储器技术的热门选择之一、首先，RRAM具有极低的功耗。

由于其存储过程是通过电阻调整来实现的，相比于传统存储器技术，RRAM的功耗要低得多。

其次，RRAM具有快速的存取速度。

由于RRAM的存取时间仅受限于电阻状态的调整时间，因此RRAM可以在纳秒级别的时间内进行存取操作。

此外，RRAM还具有高密度存储的能力。

由于其存储单元的尺寸很小，可以实现高集成度并具有更大的存储容量。

除了这些优点，RRAM还具有其他一些特殊的特性。

首先，RRAM是一种非易失性存储器技术。

即使在断电的情况下，存储的数据也能长时间保持。

这使得RRAM非常适合用于需要长期保存数据的应用领域。

其次，RRAM对环境的依赖性较低。

与闪存相比，RRAM在高温和辐射环境下具有更好的稳定性和抗干扰能力。

因此，RRAM适用于一些极端环境下的应用。

尽管RRAM具有许多优点，但它还存在一些挑战和限制。

首先，RRAM的可靠性和耐久性仍然需要改进。

存储材料的电阻变化可能会导致存储单元的退化，影响其可靠性和寿命。

此外，RRAM的制造成本较高。

由于RRAM技术还处于早期阶段，生产工艺和设备的成本仍然很高。

这导致RRAM在商业上的应用仍然受到限制。

尽管存在一些挑战，但RRAM作为一种新型的存储器技术仍具有巨大的发展潜力。

随着技术的不断进步和商业化的推进，RRAM有望在未来取代传统的存储器技术，为人们提供更快速、低功耗和高密度的数据存储解决方案。

阻变存储器概述阻变存储器（RRAM）是利用脉冲电压对存储单元进行写入和消除，进而导致记忆单元电阻改变，这就是电脉冲诱使阻变效应。

2.1 电阻转换现象利用一些薄膜材料在电激励条件下薄膜电阻在不同电阻状态（高阻态（HR S）、低阻态（LRS））之间的相互转换来实现数据存储。

根据电阻转换所需外加电压极性的不同，RRAM器件的电阻转变特性可以分为两种切换模式：单极转换和双极转换。

从HRS到LRS的转换被称为“SET”过程。

相反，从LRS到H RS的转换被称为“RESET”过程。

单极转换是指器件在高低组态之间转变时外加电压极性相同。

如果器件能在任意极性的电压实现高低阻态的转变，它被称作为无极性转换。

双极开关的切换方向取决于所施加的电压的极性。

图2.2.1 （a）RRAM基本结构示意图和RRAM转换特性，（b）单极性转换，（c）双极性转换对于单极转换必须设置限制电流，对于双极转换，不一定需要设置限定电流的大小。

施加在RRAM上的电压可以是脉冲电压或扫描电压，实际应用中利用扫描电压改变记忆单元电阻是不行的。

除了使用直流电压改变阻态，还可以用电脉冲诱导电阻转变（EPIR）效应实现记忆单元阻值转换。

利用改变脉冲电压的极性完成高低阻态的转变，如图1.2.2所示。

图2.2.2 脉冲诱使电阻转换的可重复现象2.2 RRAM器件的阻变机制到目前为止，电阻转换的真正机制还未确定，机制的不明确严重影响阻变存储器的应用步伐[6]。

阻变效应属于材料的体效应还是氧化物与电极间的界面效应是需要解决的重大难点。

目前，对于电阻转换现象的解释，研究人员提出了下面几种模型，主要有：导电细丝模型，界面接触势垒模型，缺陷能级模型。

2.2.1 导电细丝模型导电细丝（CF，conducting filament）机制是一种局域化的效果，仅在介质薄膜的局部发生电阻的转变。

从目前报道来看，固态电解液和大多数金属氧化物RRAM的电阻转变都与局部导电细丝的形成与断裂有关[7]。

RRAM的阻变特性研究宋玲【摘要】阻变存储器（RRAM）是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器（NVM），RRAM具有存储单元结构简单、工作速度快、功耗低等诸多优点，因而受到广泛关注。

主要从三方面论述 RRAM的阻变特性。

%RRAM (Resistive random access memory)is non -volatile memory (NVM),which stores records based on changing resistance.RRAM is extensively concerned because of its excellent characteristics such as simple cell structure,high speed and low power.This paper introduces RRAM's varaiable resistance characteristics in three aspects.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】3页(P24-25,29)【关键词】阻变存储器;阻变;非易失存储器【作者】宋玲【作者单位】中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳 110032【正文语种】中文【中图分类】TP21阻变存储器（RRAM）是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器（NVM）。

作为下一代NVM存储器的有力竞争者，RRAM显示出了优异的电学性能及良好的CMOS兼容性，它具有结构简单、尺寸小、保持时间长、擦写速度快、操作电压小、非破坏性读出和与传统CMOS工艺兼容性好等优点，被学术界和工业界看好。

阻变现象是RRAM器件所特有的物理现象，它是利用某些薄膜材料在电脉冲激励下可以具备不同的电阻状态而进行信息存储的NVM技术。

实际上早在1967年，Simmons JG和Verderber R R等人就在SiO材料中观测到了电阻转变现象，而直到2000年Ignatiev A等人报道了他们在稀土掺杂锰氧化物镨钙锰氧（Pr0.7Ca0.3MnO3，PCMO）中发现了电脉冲诱发变阻效应以后，这种电致变阻现象才引起了世界各国学者的广泛关注。

《三维垂直型阻变存储器的特性、机理及其集成技术研究》篇一一、引言随着信息技术的飞速发展，存储器作为信息处理和存储的核心元件，其性能的优化和技术的创新成为了当前研究的热点。

其中，三维垂直型阻变存储器（3D Vertical Resistive Random Access Memory，简称3D-VRRAM）以其高密度、低功耗、快速读写等优点，受到了广泛关注。

本文将详细探讨三维垂直型阻变存储器的特性、工作机理以及其集成技术的研究。

二、三维垂直型阻变存储器的特性1. 高密度存储：三维垂直型阻变存储器采用垂直堆叠的存储单元结构，极大地提高了存储密度，满足了大数据时代对高存储密度的需求。

2. 低功耗：该存储器在读写过程中具有较低的功耗，有效降低了设备的发热问题，提高了设备的稳定性。

3. 快速读写：由于采用独特的阻变机制，三维垂直型阻变存储器具有极快的读写速度，满足了实时处理的需求。

4. 耐久性高：具有良好的耐久性，可以在多次读写后仍保持稳定的性能。

三、三维垂直型阻变存储器的工作机理三维垂直型阻变存储器的工作机理主要基于阻变效应。

在存储单元中，通过改变电极间的电压或电流，使材料发生阻值变化，从而实现数据的存储和读取。

具体来说，当对存储单元施加一定的电压或电流时，材料内部的离子会发生迁移，形成导电通道或断开导电通道，从而改变材料的电阻值。

这种阻值变化是可逆的，通过改变电压或电流的大小和方向，可以实现数据的写入、读取和擦除。

四、三维垂直型阻变存储器的集成技术研究1. 工艺技术：三维垂直型阻变存储器的制造工艺主要包括薄膜制备、图案化、堆叠等步骤。

通过优化工艺参数，可以提高存储器的性能和稳定性。

此外，还可以采用先进的微纳加工技术，实现高密度的垂直堆叠。

2. 电路设计：针对三维垂直型阻变存储器的电路设计，需要考虑到读写速度、功耗、稳定性等因素。

通过优化电路设计，可以实现高速、低功耗的读写操作。

此外，还需要考虑存储器的抗干扰能力和可靠性等问题。

阻变随机存储器综述
一、概述
RRAM技术指的是利用高分子形成的电阻结构，利用热、光、电等能
源在电阻中产生和擦除电荷，以控制电阻的变化而记忆信息的技术。

通常，记忆由由阻变改变的电阻状态进行，这具有很多优势，如比闪存更快的读
写性能、无紧急要求是写入信息的高可靠性，可大大改善存储芯片的能效
和性能。

二、结构性质
RRAM存储元件的结构由两个部分组成：电极和被隔离的低电阻变化层。

当电子流穿过电极和变化层时，阻值会在一定的电场作用下发生变化。

几乎所有的RRAM设计都是使用可变阻性材料的阻变式结构，即可变
阻变化层由可改变阻值的材料组成。

具体来说，可变阻材料能用电场或温
度改变阻值。

其中，可改变的电阻值的变化可以用作记忆数据，也就是说，在变化层形成一定的阻值时，用于记忆的信息就被存储起来。

RRAM设计一般有三种结构：薄膜通道结构、沉积物结构和薄膜沉积
物结构。

《面向神经网络的模拟型阻变存储器的可靠性研究》阅读札记一、内容描述在阅读《面向神经网络的模拟型阻变存储器的可靠性研究》这篇文献后，我对其内容进行了详细的札记和整理。

本文主要聚焦于模拟型阻变存储器在神经网络应用中的可靠性问题。

背景介绍：文章首先介绍了阻变存储器（RRAM）的基本概念、发展历程及其在神经网络中的应用前景。

指出随着神经网络的快速发展，对存储器的需求越来越高，而阻变存储器因其独特的非易失性、高集成密度和模拟特性，成为神经网络应用中的理想选择。

神经网络对存储器的需求：神经网络需要大量的参数和权重，对存储器的读写速度、容量和功耗等方面有着较高的要求。

传统的存储技术难以满足神经网络的需求，而阻变存储器在这方面具有潜在的优势。

模拟型阻变存储器的可靠性问题：文章重点探讨了模拟型阻变存储在神经网络应用中的可靠性问题。

包括阻变存储器的耐久性、保持性、读写误差以及温度变化等因素对可靠性的影响。

这些问题直接影响到神经网络的学习性能和准确性。

可靠性提升方法：针对模拟型阻变存储器的可靠性问题，文章提出了一些解决方案和建议。

包括优化材料选择、改进工艺制程、设计新型存储结构等。

还介绍了在神经网络算法层面进行优化，以提高存储器的可靠性。

实验验证与结果分析：文章通过一系列实验验证了所提出的方法和建议的有效性。

包括对模拟型阻变存储器的性能进行测试，以及与神经网络结合的仿真实验等。

实验结果证明了优化措施对提升阻变存储器可靠性的积极作用。

结论与展望：总结了本文的研究成果，并指出了未来研究方向。

认为模拟型阻变存储器在神经网络应用中具有巨大的潜力，但仍需解决可靠性问题以实现更广泛的应用。

未来研究方向包括进一步提高存储器的性能、降低成本、拓展应用领域等。

通过阅读这篇文献，我对模拟型阻变存储器在神经网络应用中的可靠性问题有了更深入的了解，并掌握了相关知识和技术。

在此基础上，我将继续关注这一领域的发展动态，为未来的研究和应用做好准备。

二元过渡金属氧化物的阻变存储器研究二元过渡金属氧化物阻变存储器（ReRAM）是一种新型的非挥发性存储器技术，具有快速的读写速度、高密度、低功耗等优势，被广泛认为是下一代存储器技术的有力竞争者。

本文将对二元过渡金属氧化物阻变存储器的研究进行探讨。

二元过渡金属氧化物阻变存储器，简称ReRAM，是利用二元过渡金属氧化物在不同的电场作用下具有可逆的电阻变化特性而实现的一种新型存储器。

在ReRAM中，二元过渡金属氧化物作为存储介质，通过改变氧离子浓度来改变电阻状态，实现数据的存储和读写操作。

ReRAM的工作机制是基于氧离子迁移的。

当氧离子在二元过渡金属氧化物中迁移时，会改变材料的电子态，导致电阻的变化。

通过施加正向电压和反向电压，可以控制氧离子的迁移方向和数量，从而实现存储单元电阻状态的改变。

与传统的非挥发性存储器相比，ReRAM的读写速度更快，能耗更低，存储密度更高，同时也具备了可扩展性和可靠性等优势。

目前，ReRAM的材料研究主要集中在二元过渡金属氧化物，如钛酸钡（BaTiO3）、氧化铁（Fe2O3）、氧化钨（WO3）等。

这些材料在漂移电流、保持时间、可靠性等方面表现出良好的特性。

同时，研究人员也开展了针对ReRAM的性能优化研究，以提高其写入速度、储存密度和周期寿命等主要性能指标。

在ReRAM的制备过程中，影响器件性能的关键因素之一是氧离子的迁移速度。

研究人员通过改变材料制备方法、掺杂、界面处理等手段，来调控氧离子的迁移速度。

此外，针对ReRAM的物理机制进行的理论研究也对其性能优化起到了重要作用。

此外，ReRAM在实际应用中还存在一些问题亟待解决。

例如，存储单元的容器性能衰减、数据的可靠性、稳定性还没有达到市场需求的水平。

因此，研究人员需要进一步探索新的材料体系和制备方法，以解决这些问题。

总而言之，二元过渡金属氧化物阻变存储器是一种具有巨大潜力的新型存储器技术。

通过改变氧离子浓度来实现电阻状态的可逆变化，ReRAM具有快速的读写速度、高密度、低功耗等优势。

二元金属氧化物阻变存储器概述半导体器件的尺寸随着摩尔定律的不断缩小是支撑集成电路和信息技术快速发展的原动力。

然而基于电荷存储机制的Flash 存储器作为当前主流的非挥发性存储技术随工艺技术代拓展遇到严重的技术瓶颈，已经无法满足信息技术迅速发展对超高密度存储的要求。

为了延续摩尔定律的前进脚步，许多基于其它存储概念的新型非挥发性存储技术受到科研界和学术界的广泛关注。

其中，基于薄膜材料的可逆电致电阻效应的阻变随机存取存储器(resistive random access memory,RRAM)，因其具有简单的器件结构、低压低功耗操作、高速擦写和极佳的尺寸缩小性等优势，并且其材料与当前CMOS 工艺兼容，被认为是下一代非挥发性存储器的最有力竞争者之一。

在阻变存储器(RRAM)中，我们把研究的注意力集中在材料组分简单、容易控制，制造工艺与CMOS兼容的二元金属氧化物上，创新性地研究了掺杂二元金氧化物的电阻转变特性。

主要研究了Au/ZrO2:Au/n+ Si，Au/HfO2:Cu/n+ SiCu/ZrO2:Cu/Pt这三种材料结构的阻变特性，分析了各自电阻转变的可能机制，发展了一套测试器件性能参数的电学测试方法。

实验结果发现在二元金属氧化物中掺杂可以有效的提高器件的成品率，我们认为这是由于人为引入的杂质能够调制与阻变密切相关的缺陷的分布和类型。

这项结果使得掺杂的二元金属氧化物材料具有很大的RRAM的应用潜力。

关键词：非挥发性存储器；电阻转变；阻变随机存储器；二元金属氧化物；多值存储；第一章绪论1.1 引言存储是一切生物的本能，松鼠存储过冬的松果；北极熊为冬天的漫长寒冷存储下厚厚的脂肪以冬眠；而人类的发展从未离开过存储。

从古至今，从原始人类存储食物，到现代人的信息交流，都离不开这个词。

我们存储的载体从山洞变成了冰箱，从毛皮变成了纸张，又从纸张变成了手机，电脑等电子产品。

随着人们的生活水平越来越高，越来越多人都拥有各种电子产品。

新型高密度1S1R 结构阻变存储器件概述随着现代半导体工艺的技术进步，Flash 存储器开始遇到技术瓶颈，新型 存储器应运而生。

与其他儿种新型的非易失性存储器相比，阻变存储器（RRAM 或ReRAM ）因其具有结构简单、访问速度快等优势，成为下一代非易失性存储 器的有力竞争者之一。

基于阻变存储器的交义阵列是阻变存储器实现高密度存储最简单、最有效的 方法。

而仅山阻变存储单元构成的交义阵列山于漏电通道而存在误读现象。

为了 解决误读现象，通常需要在每个存储单元上串联一个选择器构成1S1R 结构。

对 山阻变存储单元和选择器构成的1S1R 结构的研究进展进行综述分析是一项有意 义的工作，因此本论文主要对1S1R 结构的阻变存储器件的研究进展进行概述。

关键词：阻变存储器，交义阵列，选择器，1S1R错误!未定义书签。

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第一章绪论 (1)1.1阻变存储器 (1)1. 1. 1 RRAM 基本结构 ........................................... 1 1. 1.2 RRAM 技术回顾 ............................................ 1 1.2交叉阵列汇中的串扰问题 .......................................... 3 1.3本论文的研究意义及内容 (3)1. 3. 1研究意义 (3)中文摘要.... 英文摘要1.3.2研究内容 (3)第二章RRAM的集成选择器的集成方式 (5)2.1有源阵列 (5)2.2无源阵列 (5)第三章RRAM的集成选择器的类型 (6)3. 1 1T1R (6)3.2 1D1R (6)3.3 1S1R (8)3. 4back to back 结构 (10)3.5具有自整流特性的1R结构 (11)第四章1S1R结构阻变存储器件研究进展 (13)第五章总结与展望 (14)5. 1论文总结 (14)5.2未来工作展望 (14)第一章绪论1.1阻变存储器1. 1. 1 RRAM基本结构阻变存储器（Resistive Random Access Memoiy, RRAM）和相变存储器的原理有点相似，在电激励条件下，利用薄膜材料，薄膜电阻在高阻态和低阻态间相互转换，这样子就能实现数据存储["I。

目录引言 (1)1R R A M技术回顾 (1)2 RRA M工作机制及原理探究 (4)2.1R R A M基本结构 (4)2.2R R A M器件参数 (6)2.3 RR A M的阻变行为分类 (7)2.4阻变机制分类 (9)2.4.1电化学金属化记忆效应 (11)2.4.2价态变化记忆效应 (15)2.4.3热化学记忆效应 (19)2.4.4静电/电子记忆效应 (23)2.4.5相变存储记忆效应 (24)2.4.6磁阻记忆效应 (26)2.4.7铁电隧穿效应 (28)2.5R R A M与忆阻器 (30)3R RA M研究现状与前景展望 (33)参考文献 (36)阻变随机存储器（RRAM）引言：阻变随机存储器（RRAM）是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器（NVM）器件。

近年来，NVM器件由于其高密度、高速度和低功耗的特点，在存储器的发展当中占据着越来越重要的地位。

硅基flash存储器作为传统的NVM器件，已被广泛投入到可移动存储器的应用当中。

但是，工作寿命、读写速度的不足，写操作中的高电压及尺寸无法继续缩小等瓶颈已经从多方面限制了flash存储器的进一步发展。

作为替代，多种新兴器件作为下一代NVM器件得到了业界广泛的关注[1、2]，这其中包括铁电随机存储器（FeRAM）[3]、磁性随机存储器（MRAM）[4]、相变随机存储器（PRAM）[5]等。

然而，FeRAM及MRAM在尺寸进一步缩小方面都存在着困难。

在这样的情况下，RRAM器件因其具有相当可观的微缩化前景，在近些年已引起了广泛的研发热潮。

本文将着眼于RRAM的发展历史、工作原理、研究现状及应用前景入手，对RRAM进行广泛而概括性地介绍。

1 RRAM技术回顾虽然RRAM于近几年成为存储器技术研究的热点，但事实上对阻变现象的研究工作在很久之前便已开展起来。

1962年，T. W. Hickmott通过研究Al/SiO/Au、Al/Al2O3/Au、Ta/Ta2O5/Au、Zr/ZrO2/Au以及Ti/TiO2/Au等结构的电流电压特性曲线，首次展示了这种基于金属-介质层-金属(MIM)三明治结构在偏压变化时发生的阻变现象[6]。