氧化锆纳米管中量子导体的形成与阻变存储效应

基于具有薄氧化物层的金属-介质-金属三明治结构开发用于非易失性存储的忆阻元件，其前景在于能够可靠地形成具有量子化电阻的持续功能态。本文研究了基于非化学计量比 $ZrO_2$ 纳米管在不同阻变模式下制备的忆阻器特性。采用 $Zr$ 箔阳极氧化合成了厚度为 $1.7$ $\mu m$、由外径 75 nm 的垂直取向纳米管有序阵列组成的氧化锆层。通过掩模磁控溅射沉积制备了 $Zr/ZrO_2/Au$ 三明治结构。研究了 $Zr/ZrO_2/Au$ 忆阻器在单极和双极模式下的阻变效应。评估了高阻态（HRS）与低阻态（LRS）之间 $\geq3\cdot10^4$ 的电阻比。发现由于基于氧空位（$V_O$）的量子导体形成，LRS 的电导在宽范围内量子化，最小值为 $0.5G_0=38.74$ $\mu S$。提出了考虑外加电场中 $V_O$ 迁移的 $Zr/ZrO_2/Au$ 忆阻器阻变机制。结果表明，LRS 和 HRS 中分别实现了欧姆型与空间电荷限制电导。我们给出的结果可用于开发具有多阻态和高电阻比的基于功能化 $Zr/ZrO_2/Au$ 纳米层结构的高效忆阻器。