● 摘要
随着半导体器件特征尺寸按摩尔定律等比缩小，出现的许多负面效应使传统CMOS器件在半导体技术发展到22 nm时很难继续微缩，因此，迫切需要综合性能更优的新型存储器件以满足未来微电子器件的发展要求。其中，基于简单两端结构的忆阻器由于其开关速度快、能耗低、非易失性存储等性能优点，被认为是下一代存储器件的典型代表，已经成为电子器件领域的研究热点之一。目前针对忆阻器机理、材料、结构以及应用研究等已经取得了诸多进展。然而，忆阻器的性能存在缺陷以及工作机理研究不足等逐渐成为限制其进一步发展应用的主要因素，特别是对于氧化物基忆阻器而言。而忆阻电导行为的可控性差是造成上述问题的主要原因。本文从氧化物基忆阻器的电导机制出发，研究了氧化物忆阻器异常电导行为的形成机制，并对La掺杂调控TiO2忆阻电导行为进行了第一性原理计算分析。
首先，本文重点分析了氧化物基忆阻器的不同电阻态电导机制及氧空位浓度、分布等对其电导行为的影响作用，并综述了目前忆阻器电导行为调制主要途径，对其调制机理进行了分析总结，进一步指出了目前忆阻电导行为及其调控方面理论研究工作的不足。
其次，针对氧化物基忆阻器Reset过程异常电导行为，在氧空位电迁移理论基础上，本文引入氧空位扩散机制对Pt/TiO2/Pt MIM结构忆阻器Reset I-V曲线进行了理论模拟分析。我们的计算结果表明，氧化物忆阻器Reset过渡区域异常电导行为主要与不同导电通道初始条件下氧空位的扩散作用有关，并且可以通过改变初始导电通道参数调控其电导行为。
最后，利用第一原理计算方法，本文研究了La替位掺杂对于锐钛矿TiO2电导行为的调控作用，研究结果表明La掺杂引入对锐钛矿TiO2电导行为的直接影响作用较小，其主要影响体系氧空位的形成能。La掺杂的引入可以有效降低体系氧空位形成能，并且随氧空位与La原子距离的增大其降低作用逐渐减弱，说明La掺杂对氧空位分布也具有调控作用。