殷一民，程海峰，劉東青，張朝陽(yáng)

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氧化物憶阻器材料及其阻變機(jī)理研究進(jìn)展

殷一民，程海峰，劉東青，張朝陽(yáng)

（國(guó)防科技大學(xué) 新型陶瓷纖維及其復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410073）

憶阻器是目前材料和電子領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)，氧化物材料在憶阻器研究中具有重大價(jià)值。本文綜述了近年來(lái)研究較多的幾種典型氧化物憶阻器材料，包括TiO2、SiO、HfO、Al2O3、ZnO、ZrO2、TaO以及ZnSnO3等，并介紹了導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制、氧化還原機(jī)制、邊界遷移機(jī)制以及相變機(jī)制等四種常見(jiàn)的阻變機(jī)理，展望了未來(lái)憶阻器材料研究的方向與重點(diǎn)。

氧化物材料；憶阻器；綜述；阻變層；憶阻效應(yīng)；阻變機(jī)理

憶阻器（Memristor），又名記憶電阻（Memory resistors），是一種被動(dòng)電子元件，與電阻不同的是，憶阻器在關(guān)掉電源后，仍能“記憶”先前通過(guò)的電荷量。最初于1971年，加州大學(xué)伯克利分校的華裔科學(xué)家蔡少棠（Leon Chua）根據(jù)電子學(xué)理論中電路四大基本變量電荷、磁通、電壓、電流的排列組合關(guān)系，預(yù)測(cè)到電路中存在第四種基本元件，即憶阻器[1]，憶阻器和電阻、電容、電感一起，組成完備的無(wú)源基本電路元件集。2008年5月，惠普實(shí)驗(yàn)室科研小組在《Nature》上發(fā)表論文《The missing memristor found》，第一次在物理上證實(shí)了憶阻器的存在，并給出了憶阻器的實(shí)物模型[2]。

憶阻器具有的獨(dú)特“電阻記憶”功能使其在存儲(chǔ)器和模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景。在存儲(chǔ)器方面，憶阻器尺寸可以達(dá)到納米級(jí)，有利于實(shí)現(xiàn)高度集成；同時(shí)它還具有邏輯運(yùn)算功能，這可能為傳統(tǒng)馮·諾依曼計(jì)算機(jī)體系帶來(lái)全新變革。在模擬神經(jīng)突觸方面，憶阻器同時(shí)具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能，其記憶特性與大腦神經(jīng)突觸在生物電信號(hào)刺激下的反應(yīng)相似，是目前已知的功能最接近神經(jīng)元突觸的器件。

目前文獻(xiàn)中報(bào)道的具有憶阻特性的材料包括：有機(jī)薄膜、固體電解質(zhì)、單質(zhì)類材料、硫化物、氮化物、氧化物以及各種鈣鈦礦化合物等。其中因氧化物制備方法相對(duì)成熟，與CMOS工藝兼容，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能相對(duì)穩(wěn)定，故其研究最為廣泛。本文主要介紹氧化物憶阻器材料類型及其阻變機(jī)理的最新研究進(jìn)展。

1 材料類型

1.1 TiO2阻變層

TiO2是研究最早的憶阻器材料，惠普實(shí)驗(yàn)室的憶阻器就是由兩個(gè)金屬電極夾著一片雙層的TiO2薄膜而成，如下圖1所示，其中TiO2–x層摻雜了氧空位，成為半導(dǎo)體，另一層TiO2不作任何摻雜，呈現(xiàn)絕緣體的自然屬性。當(dāng)電流通過(guò)時(shí)器件電阻值會(huì)發(fā)生改變，通過(guò)檢測(cè)交叉開(kāi)關(guān)兩端Pt電極的阻性，就能判斷憶阻器的“開(kāi)”或者“關(guān)”狀態(tài)。

TiO2阻變器件由于具有較快的轉(zhuǎn)變時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間的可靠性而受到研究者的廣泛關(guān)注，現(xiàn)已被很多團(tuán)隊(duì)通過(guò)各種方法制備出來(lái)，比如溶膠-凝膠法[3]、原子層沉積[4]、離子強(qiáng)化原子層沉積[5]、射頻濺射[6]和電子束蒸發(fā)方法[7]等。

Efeoglu等[8]采用射頻濺射和照相平板印刷技術(shù)在硅基底上制備了Ti/Pt/TiO2/Pt/Ti憶阻器件，他們發(fā)現(xiàn)隨著每一次掃描極性的改變，這一器件的阻值穩(wěn)定地增加。Gale等[9]制備了多種電極材料的TiO2憶阻器，當(dāng)頂電極和底電極都是Au時(shí)，器件呈現(xiàn)可變的WORM（一次寫入、多次讀?。┠Ｊ剑划?dāng)頂電極為Au、底電極為Al時(shí)，僅在Al電極為陽(yáng)極時(shí)器件出現(xiàn)明顯的憶阻特征。Dongale等[10]報(bào)道了采用有效水熱路線制備的TiO2薄膜憶阻器，此器件在低操作電壓（±0.7 V）范圍內(nèi)顯示出對(duì)稱的雙極阻值改變行為。

Fullam等[11]采用等離子體電解氧化方法制備了Ti/TiO2/Ag結(jié)構(gòu)的憶阻器件，如圖2所示為此器件的-圖，這一曲線具有不對(duì)稱的形狀，是因?yàn)樵赥i/TiO2結(jié)中形成了歐姆接觸，并且在TiO2結(jié)中形成了肖特基接觸。在這張圖中HRS（高阻態(tài)）和LRS（低阻態(tài)）曲線的交匯點(diǎn)在大約0.7 V而非原點(diǎn)，這可能是由電荷在器件中的積累形成了一個(gè)納米電池效應(yīng)所引起。

1.2 SiO阻變層

SiO2是當(dāng)前電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的材料，使用SiO作為憶阻器件的絕緣層可以有效解決憶阻器與傳統(tǒng)硅微電子技術(shù)的通用性問(wèn)題。

Mikhaylov等[12]采用磁控濺射方法制備了Au/Zr/SiO/TiN/Ti結(jié)構(gòu)的阻變器件，他們?cè)?V偏轉(zhuǎn)電壓下測(cè)出器件的平均電流密度分別是：IS（初始狀態(tài)）約為10–8A/cm2，HRS約為10–2A/cm2，LRS約為1 A/cm2；而且高低阻態(tài)超過(guò)102的電阻比可以非常容易地保持超過(guò)104個(gè)循環(huán)，如圖3所示。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，LRS的電流值隨著溫度的升高緩慢減小，表明這個(gè)狀態(tài)在電導(dǎo)方面具有半導(dǎo)體的本質(zhì)；而在HRS狀態(tài)下，隨著溫度從77 K升到407 K，Si原子能量增加，加速形成導(dǎo)電通道，從而電流顯著增加，如圖4所示。

Nandakumar等[13]制備了Cu/SiO2/W交叉桿結(jié)構(gòu)的憶阻器件，他們發(fā)現(xiàn)在低電壓（±0.3 V）下該器件具有典型的滯后環(huán)-曲線，大約在–100 mV時(shí)發(fā)生RESET過(guò)程，如圖5，并且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，器件的SET閾值略有降低。

1.3 HfO阻變層

在諸多可以應(yīng)用于神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)的金屬氧化物中，HfO阻變存儲(chǔ)器件具有高速、低壓、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，Gao等[14]研究了不同電極和摻雜的HfO憶阻器件，如圖6所示，Ti、Al、W作頂電極時(shí)過(guò)沖電流過(guò)大，并且Ti和W器件的電阻變化太尖銳，都不適合用于模擬神經(jīng)突觸；相對(duì)而言，TiN/Gd:HfO/Pt呈現(xiàn)出最優(yōu)的突觸性能，具有低訓(xùn)練電流、低操作電壓、速度快、均一性好以及在SET和RESET過(guò)程中均具有多層能力等優(yōu)勢(shì)。

1.4 Al2O3阻變層

Hubbard等[15]制備了Pt/Al2O3/Cu結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電橋隨機(jī)存儲(chǔ)器件（CBRAM），在研究其阻變性能時(shí)他們發(fā)現(xiàn)其中的導(dǎo)電細(xì)絲是朝著源金屬電極反向生長(zhǎng)的，即使在數(shù)個(gè)循環(huán)下這一現(xiàn)象仍符合標(biāo)準(zhǔn)的CBRAM電化學(xué)金屬化模型。

Molina等[16]在300℃的條件下以玻璃片為基底，制備出Al/AlO/Al和Al/AlO/W交叉桿結(jié)構(gòu)的憶阻器件，他們的研究表明，在單極和雙極阻變模式下，兩種結(jié)構(gòu)都可以觀察到憶阻效應(yīng)。圖7（a）所示為Al/Al2O3/Al結(jié)構(gòu)的-曲線，其OFF/ON大約為106，如此高的阻抗率有利于獲得持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)和更穩(wěn)定的循環(huán)憶阻性；圖7（b）所示為Al/Al2O3/W結(jié)構(gòu)的-曲線，與圖7（a）相比有更多的噪聲，這可能是由于在底電極W上Al2O3未能完整形核而產(chǎn)生了部分缺陷。

（a）Al/Al2O3/Al結(jié)構(gòu)

（b）Al/Al2O3/W結(jié)構(gòu)

7 Al/Al2O3/Al和Al/Al2O3/W結(jié)構(gòu)的雙極阻變圖[16]

Fig.7 Bipolar resistance switching curves of Al/Al2O3/Al and Al/Al2O3/W structure[16]

1.5 ZnO阻變層

ZnO薄膜毒性低、制備工藝多樣、應(yīng)用廣泛。Yusoff等[17]報(bào)道了采用電沉積和熱氧化方法制備ZnO薄膜憶阻器，他們的器件顯示出憶阻器典型的“8”字形滯后環(huán)。Liu等[18]報(bào)道了以ZnO為基礎(chǔ)的單二極管電阻（1D1R）記憶器件，這一器件顯示出良好的可靠性，例如超過(guò)103個(gè)循環(huán)仍然具有阻變特性，且在85℃下性能可保持到104s。Paul等[19]采用紡絲涂層方法制備出了高效的Au/ZnO/FTO（含氟氧化錫）憶阻器，這一器件顯示出一個(gè)高度記憶窗口（OFF/ON），可以被用作交叉桿記憶器件。他們還使用市售的ZnO納米顆粒在涂有FTO的玻璃基片上制備Au/ZnO/ITO（氧化銦錫）憶阻器件，并測(cè)試其在不同掃描速率下的ON/OFF比率值，如圖8所示，表明在特定的偏轉(zhuǎn)電壓下此器件可以獲得超過(guò)104的ON/OFF比率值。

Dongale等[20]采用水合化學(xué)法制備了薄膜狀的Ag/ZnO/FTO憶阻器。圖9顯示出典型的憶阻器特征滯后環(huán)。這一曲線是準(zhǔn)線性且對(duì)稱的，這是因?yàn)榛钴S層和頂電極以及底部金屬層之間的聯(lián)接是符合歐姆定則的。他們制備的憶阻器件在低操作電壓（±0.88 V）下顯示出雙極阻值改變行為，這使它能夠很好地應(yīng)用于非揮發(fā)性記憶器件領(lǐng)域，尤其是在RRAM和其他電子應(yīng)用中。

1.6 ZrO2阻變層

Ali等[21]使用電磁流體技術(shù)（EHD）制備了76 nm厚的ZrO2憶阻器，如圖10（a）所示為ZrO2在–3 V到+3 V之間的-曲線，呈現(xiàn)出阻變特征；圖10（b）是在100次ON/OFF轉(zhuǎn)變下測(cè)得的高低阻態(tài)電阻值，由圖可見(jiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增加，兩種阻態(tài)下的電阻值略有增加，但整體保持穩(wěn)定。

（a）1 mA順從電流下的-圖；（b）高低阻態(tài)下穩(wěn)定電阻的累積可能性

圖10ZrO憶阻器的電學(xué)性能[21]

Fig.10 Electrical properties of ZrO2memristor[21]

1.7 TaO阻變層

以TaO為基礎(chǔ)的憶阻器具有亞納秒級(jí)別的阻變速率以及非常高的寫入/擦除改變持久性，是一種重要的憶阻器材料。

Miao等[22]研究了Ta/TaO/Pt結(jié)構(gòu)憶阻器的電學(xué)性能，從圖11可以看出，ON和OFF階段的-曲線接近線性，也就是說(shuō)它們的電導(dǎo)都接近歐姆模式，研究表明固態(tài)化學(xué)動(dòng)力學(xué)對(duì)這一類型器件的電學(xué)特性有著重要影響。

Kim等[23]制備了Pd/Si:Ta2O5–x/TaO/Pd結(jié)構(gòu)的憶阻器件，他們研究了不同濃度的Si摻雜對(duì)其阻變性能的影響，如圖12所示，隨著Si摻雜濃度的增加，LRS的電流水平增加，HRS的電流水平減小，而閾值電壓有所增加，表明通過(guò)控制Si的摻雜可以控制導(dǎo)電細(xì)絲的形成和斷裂。

1.8 ZnSnO3阻變層

ZnSnO3是一種具有生物相容性的材料， Siddiqui等[24]采用電流體驅(qū)動(dòng)霧化方法（EHDA）制備出了Ag/ZnSnO3/Ag三明治結(jié)構(gòu)的憶阻器件，如圖13（a）顯示了在多個(gè)循環(huán)掃描下的-曲線，順從電流為100 nA，此時(shí)器件顯示出良好的阻變穩(wěn)定性；圖13（b）顯示的是24 h內(nèi)高低阻態(tài)中電阻值的保持性。這一器件的阻變機(jī)理以氧化還原為主，因此不需要任何電成型，這樣使用范圍更廣。

（a）100 nA下多個(gè)循環(huán)掃描-圖；（b）24 h內(nèi)阻值變化圖

圖13 Ag/ZnSnO3/Ag憶阻器件的電學(xué)性質(zhì)[24]

Fig.13 Electrical properties of Ag/ZnSnO3/Ag memristor[24]

2 阻變機(jī)理

由憶阻器和憶阻系統(tǒng)的理論可知，外加激勵(lì)能夠引起導(dǎo)電狀態(tài)發(fā)生變化的系統(tǒng)和器件都有被用來(lái)實(shí)現(xiàn)憶阻效應(yīng)的可能。目前，實(shí)現(xiàn)憶阻器的機(jī)制主要有：導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制、氧化還原機(jī)制、邊界遷移機(jī)制、相變機(jī)制等。

2.1 導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制

導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制是大多數(shù)薄膜類憶阻器件產(chǎn)生阻變現(xiàn)象的原因，如圖14所示[25]，對(duì)絕緣體薄膜兩端的金屬電極施加正向偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，一側(cè)電極分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)入薄膜，并在其中形成連接兩電極的通道，對(duì)外呈現(xiàn)低電阻狀態(tài)；當(dāng)施加反向偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，薄膜中原本形成通道的分子反向運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)電細(xì)絲斷裂，對(duì)外呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。如此通過(guò)導(dǎo)電細(xì)絲的形成和斷裂，可以使器件的電阻在高、低兩個(gè)狀態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)變。例如Kumar等[26]在Pt/TaO/Ta/Pt結(jié)構(gòu)的憶阻器中就觀察到了由于氧離子遷移形成導(dǎo)電通道的現(xiàn)象，Nandakumar等[13]在Cu/SiO2/W結(jié)構(gòu)中也觀察到了由Cu離子運(yùn)動(dòng)在SiO2中形成導(dǎo)電通道的過(guò)程。

2.2 氧化還原機(jī)制

對(duì)某些材料的憶阻器件施加電壓時(shí)，阻變層會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，例如Mikhaylov等[12]在SiO中觀察到了隨外加電壓變化的氧化還原過(guò)程。這些材料在不同化學(xué)狀態(tài)時(shí)對(duì)外呈現(xiàn)出不同的電阻值，因此氧化還原反應(yīng)引起的這種變化可用來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的憶阻效應(yīng)。

2.3 邊界遷移機(jī)制

惠普實(shí)驗(yàn)室的Fullam等[11]認(rèn)為，憶阻器頂電極和底電極之間的TiO2半導(dǎo)體薄膜由低電阻的高摻雜濃度區(qū)和高電阻的低摻雜濃度區(qū)組成，兩電極上施加的偏電壓驅(qū)使薄膜中氧空位缺陷移動(dòng)，從而使得高、低摻雜濃度區(qū)之間的邊界發(fā)生遷移，致使結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)隨外加電壓時(shí)間作用而變化的電阻，如圖15所示。

2.4 相變機(jī)制

在外加電場(chǎng)的作用下，憶阻器體系內(nèi)部可能發(fā)生某種相變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變前后的電阻狀態(tài)不同，例如Driscoll等[27]發(fā)現(xiàn)的電致相變現(xiàn)象，F(xiàn)ors等[28]發(fā)現(xiàn)的元素電價(jià)漂移引發(fā)相變，以及Chudnovskii等[29]發(fā)現(xiàn)的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)引起的相變等。Intel與Numonyx B V公司研制的基于硫族化合物的相變存儲(chǔ)器（PCM）具有奧弗辛斯基（Ovonic）效應(yīng)，即材料在非晶體狀態(tài)與晶體狀態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)變時(shí)，呈現(xiàn)出不同的電阻特性和光特性，因此可以利用非晶態(tài)和晶態(tài)分別代表“0”和“l(fā)”來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這些相變過(guò)程呈現(xiàn)出與時(shí)間（或外加激勵(lì)）的相關(guān)性，由此產(chǎn)生了憶阻效應(yīng)。

3 展望

電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了真空電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路五代演變；目前看來(lái)，憶阻器是最有可能成為第六代電子器件的產(chǎn)品，它幾乎具有新一代電子器件所要求的速度更快、功耗更低、密度更高、體積更小、功能更強(qiáng)、成本更低、更加環(huán)保、能實(shí)現(xiàn)廣泛替代等所有特性，可作為現(xiàn)有電子器件的部分優(yōu)化替代品。從材料選取角度看，憶阻器材料種類豐富，硫化物、氮化物、氧化物、固體電解質(zhì)、單質(zhì)類材料、有機(jī)和聚合物材料以及各種鈣鈦礦化合物等都有報(bào)道，具有廣闊的性能提升和改進(jìn)空間。在未來(lái)對(duì)憶阻器的進(jìn)一步研究中，所選材料除需滿足憶阻器基本性能外，還可尋找能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有CMOS電路良好兼容、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定或具有生物相容性等特點(diǎn)的材料，從而進(jìn)一步拓展其研究和應(yīng)用領(lǐng)域。

[1] CHUA L O. Memristor-the missing circuit element [J]. IEEE Trans Circuit Theory, 1971, 18(5): 507-519.

[2] STRUKOV D B, SNIDER G S, STEWART G R, et al. The missing memristor found [J]. Nature, 2008, 453: 80-83.

[3] BIJU K P, LIU X J, SHIN J, et al. Highly asymmetric bipolar resistive switching in solution-processed Pt/TiO2/W devices for cross-point application [J]. Curr Appl Phys, 2011, 11(4): S102-S106.

[4] CHOI B J, JEONG D S, KIM S K, et al. Resistive switching mechanism of TiO2thin films grown by atomic-layer deposition [J]. J Appl Phys, 2005, 98(3): 033715.

[5] ROSSNAGEL S M, SHERMAN A, TURNER F. Plasma-enhanced atomic layer deposition of Ta and Ti for interconnect diffusion barriers [J]. J Vac Sci Technol B, 2000, 18(4): 2016-2020.

[6] KIM W G, RHEE S W. Effect of post annealing on the resistive switching of TiO2thin film [J]. Microelectron Eng, 2009, 86(11): 2153-2156.

[7] HUANG J J, KUO C W, CHANG W C, et al. Transition of stable rectification to resistive-switching in Ti/TiO2/Pt oxide diode [J]. Appl Phys Lett, 2010, 96(26): 262901.

[8] EFEOGLU H, GULLULU S, KARACALI T. Resistive switching of reactive sputtered TiO2based memristor in crossbar geometry [J]. Appl Surf Sci, 2015, 350: 10-13.

[9] GALE E, PEARSON D, KITSON S, et al. The effect of changing electrode metal on solution-processed flexible titanium dioxide memristors [J]. Mater Chem Phys, 2015, 162: 20-30.

[10] DONGALE T D, SHINDE S S, KAMAT R K, et al. Nanostructured TiO2thin film memristor using hydrothermal process [J]. J Alloys Compd, 2014, 593: 267-270.

[11] FULLAM S, RAY N J, KARPOV E G. Cyclic resistive switching effect in plasma electrolytically oxidized mesoporous Pt/TiO2structures [J]. Superlatt Microst, 2015, 82: 378-383.

[12] MIKHAYLOV A N, BELOV A I, GUSEINOV D V, et al. Bipolar resistive switching and charge transport in silicon oxide memristor [J]. Mater Sci Eng B, 2015, 194: 48-54.

[13] NANDAKUMAR S R, MINVIELLE M, NAGAR S, et al. A 250 mV Cu/SiO2/W memristor with half-integer quantum conductance states [J]. Nano Lett, 2016, 16: 1602-1608.

[14] GAO B, LIU L F, KANG J F. Investigation of the synaptic device based on the resistive switching behavior in hafnium oxide [J]. Prog Nat Sci Mater, 2015, 25: 47-50.

[15] HUBBARD W A, KERELSKY A, JASMIN G, et al. Nanofilament formation and regeneration during Cu/Al2O3resistive memory switching [J]. Nano Lett, 2015, 15: 3983-3987.

[16] MOLINA J, VALDERRAMA R, ZUNIGA C, et al. Influence of the surface roughness of the bottom electrode on the resistive-switching characteristics of Al/Al2O3/Al and Al/Al2O3/W structures fabricated on glass at 300 ℃ [J]. Microelectron Reliab, 2014, 54: 2747-2753.

[17] YUSOFF M M, ANI M H, SURYANTO. Synthesis and characterization of ZnO thin film memristor [J]. Adv Mater Res, 2013, 701: 172-175.

[18] LIU Z J, GAN J Y, YEW T R. ZnO-based one diode-one resistor device structure for crossbar memory applications [J]. Appl Phys Lett, 2012, 100(15): 153503-153507.

[19] PAUL S, HARRIS P G, PAL C, et al. Low cost zinc oxide for memristors with high on-off ratios [J]. Mater Lett, 2014, 130: 40-42.

[20] DONGALE T D, KHOT K V，MALI S S, et al. Development of Ag/ZnO/FTO thin film memristor using aqueous chemical route [J]. Mater Sci Semicond Process, 2015, 40: 523-526.

[21] ALI S, BAE J, CHOI K H, et al. Organic non-volatile memory cell based on resistive elements through electro-hydrodynamic technique [J]. Org Electron, 2015, 17: 121-128.

[22] MIAO F, YI W, GOLDFARB I, et al. Continuous electrical tuning of the chemical composition of TaO-based memristors [J]. ACS Nano, 2012, 6(3): 2312-2318.

[23] KIM S, CHOI S H, LEE J, et al. Tuning resistive switching characteristics of tantalum oxide memristors through Si doping [J]. ACS Nano, 2014, 8(10): 10262-10269.

[24] SIDDIQI G, ALI J, DOH Y H, et al. Fabrication of zinc stannate based all-printed resistive switching device [J]. Mater Lett, 2016, 166: 311-316.

[25] WASER R, AONO M. Nanoionics-based resistive switching memories [J]. Nat Mater, 2007, 6(11): 833-840.

[26] KUMAR S, GRAVES C E, STRACHAN J P, et al. Direct observation of localized radial oxygen migration in functioning tantalum oxide memristors [J]. Adv Mater, 2016, 28: 2772-2776.

[27] DRISCOLL T, KIM H T, CHAE B G, et a1. Phase-transition driven memristive system [J]. Appl Phys Lett, 2009, 95(4): 43503.

[28] FORS R, KHARTSEV S I, GRISHIN A M. Giant resistance switching in metal-insulator-manganite junctions: evidence for mott transition [J]. Phys Rev B, 2005, 71(4): 45305.

[29] CHUDNOVSKII F A, ODYNETS L L, PERGAMENT A L, et al. Electroforming and switching in oxides of transition metals: the role of metal-insulator transition in the switching mechanism [J]．J Solid State Chem, 1996, 122(1): 95-99.

Research progress of oxide memristive materials and resistance switching mechanism

YIN Yimin, CHENG Haifeng, LIU Dongqing, ZHANG Chaoyang

(Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Memristor is a research frontier and hotspot in the fields of materials and electronics, and oxide materials are of great value in the research of memristors. In this paper, several typical oxide memristor materials which were studied extensively in recent years are recommended, including TiO2, SiO, HfO, Al2O3, ZnO, ZrO2, TaOand ZnSnO3. Four kinds of common resistance switching mechanisms, including the conductive filaments mechanism, the redox mechanism, the boundary migration mechanism and the phase transformation mechanism, are introduced. Finally, the prospects of further research on memristive materials are discussed.

oxide materials; memristor; review; resistance switching layer; memristive effect; resistance switching mechanism

10.14106/j.cnki.1001-2028.2016.09.002

TN604；TM54

A

1001-2028（2016）09-0009-06

2016-06-14 通訊作者：程海峰

國(guó)家自然科學(xué)基金資助（No. 51502344）

程海峰（1971－），男，安徽安慶人，研究員，主要從事功能材料研究，E-mail: chf.cfc@gmail.com ；殷一民（1991－），女，四川成都人，研究生，從事納米材料與器件研究，E-mail: 13574139064@163.com 。

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-09-02 11:04:55 網(wǎng)絡(luò)出版地址： http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1241.tn.20160902.1104.005.html

（編輯：陳豐）