利用软 X 射线光谱显微术对 RRAM 导电纳米细丝中 TiOx 相进行空间分辨研究

金属氧化物薄膜中的还原过程被认为是固态存储器件中形成导电纳米细丝并实现其电阻切换能力的关键机制。对此类细丝进行定量的空间识别是一项艰巨的任务，尤其对于像 TiOx 这样能够呈现多种物相的金属氧化物。在此，我们通过将全场透射 X 射线显微术与在薄片样品上进行的软 X 射线光谱分析相结合，对 TiOx 基忆阻器件局域区域内的不同 TiOx 相进行了空间分辨和化学表征。我们特别展示了，处于低电阻态的预电切换器件包含 O/Ti 比接近 Ti2O3 化学计量比的还原无序相，这些相聚集在一个约 100 nm 的细丝状区域内，该区域电学连接器件的顶部和底部电极。我们还在紧邻细丝的区域识别出了晶态金红石和类正交 TiO2 相，这表明局部温度升高至约 1000 K，验证了焦耳热在电阻切换中的作用。与以往研究不同，我们的方法能够以定量的方式同时研究形态和化学变化，而不会遇到传统电子显微术获取的电子衍射图样解释所带来的困难。