新机制使RRAM无需集成额外的选择器

随着大数据和物联网时代的到来,对于先进的信息存储和处理的需求更加强烈。由于物理和技术层面的原因,目前普遍应用于各式各样电子设备中的传统存储器,包括动态随机存储器(DRAM)和闪存(FLASH),正面临着尺寸极限问题。近年来,基于阻变效应的阻变式存储器(RRAM)得到了广泛研究,有望取代或补足目前的存储技术。相比于其它存储技术,RRAM拥有诸多优势,包括结构简单、尺寸微缩性好、读写速度快、成本及功耗低、可实现多位存储和3D集成以及与当前CMOS工艺兼容等。

RRAM一般应用在交叉杆(Crossbar)结构中,可实现最高的存储密度。但是,该结构存在固有的串扰问题(Crosstalk),即当读取一个存储单元时,通过其它存储单元形成的潜行电流通路会对读取电流产生干扰,从而可能出现误读的现象。为了解决这一问题,人们往往需要在每一个RRAM单元下集成一个选择器,如晶体管、二极管等,这无疑会牺牲RRAM的存储密度,并且提高了工艺难度。另一个方法是利用一些RRAM固有的整流行为,来抑制其它未被选取的存储单元的潜行电流,从而解决串扰问题。

Untitled清大学物理系赵永刚教授课题组与中科院物理所李建奇研究员课题组合作,首次报道了一种基于氧化物中形成的内建同质结的新型阻变效应机制。该机制产生的阻变效应具有整流特性,从而可以使RRAM的应用无需集成选择器。在该机制中,电场作用下的氧迁移会使氧化镍体内形成一个具有整流特性的p-p型同质结,而两端的氧化镍/金属电极界面保持欧姆接触。通过模拟计算,该类型阻变效应用于无选择器的RRAM时,其存储容量最少可以达到3 Mbit,优于大多数之前报道的由界面肖特基结所主导的固有整流的阻变效应。此外,之前的研究通常是在宏观尺寸的样品上进行的,而该研究利用超薄多孔氧化铝(AAO)模板制备了高质量的氧化镍纳米点阵,因此,它更能代表实际存储器件的行为。此项研究对阻变式存储器(RRAM)的应用具有重要的参考价值。相关论文发表在Advanced Electronic Materials上。

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