二氧化钒相变调控的新型信息器件研究取得新进展

基于电致阻变效应的电阻型随机存储器（RRAM）具有非易失性、结构简单、低功耗、高密度、快速读写等优势，被认为是最具发展潜力的新兴存储技术之一。然而，将其在交叉阵列中实现大规模集成时，相邻RRAM器件间严重的漏电和串扰问题极大地动摇了阻变存储器的读写可靠性。因此，开发高可靠的选通管器件对于阻变存储器的发展和应用具有重要的意义。二氧化钒（VO₂）是一种典型的强关联电子材料，具有独特的可逆金属-绝缘体转变（MIT）特征和双向易失性开关特性，是制备选通管器件的重要备选材料之一。但是体相的VO₂相转变区域随机，且转变过程存在多相共存，导致转变参数发散。

我校许小红教授课题组和中科院宁波材料所李润伟研究员课题组共同合作，利用电场驱动的氧离子输运在五氧化二钒（V₂O₅）薄膜中室温构建垂直分布的准一维VO2纳米通道，有效地将VO₂金属-绝缘体转变行为限制在纳米通道内，大幅降低相变过程中多重畴结构共存和逐级随机演化的几率。在国际上首次证明了在直径低于20  nm的超小尺寸VO₂中仍然能够获得稳定的金属-绝缘体转变，从而为发展超小型信息器件提供了实验依据。以此为基的器件开关响应时间仅为17  ns，驱动电压和器件电阻的离散系数低于4.3%，器件工作能耗仅约8  pJ。将其与HfO2存储单元串联，制备了1S1R结构的10×10交叉存储阵列，该阵列在100万次的连续操作中能够进行可靠的存储和准确的读取。该研究成果以内封面论文发表在Adv.  Mater.,  1702162(2017)。期刊影响因子为：19.791,  该论文第一作者为博士研究生薛武红。