[发明专利]一种量子电导特性可控的纳米点接触

说明书

本发明提供了一种量子电导特性可控的纳米点接触，由底电极/金属氧化物/顶电极构成三明治结构，其中底电极是具有储氧功能的导电材料，顶电极是惰性导电材料；工作状态时，电极间施加正向电压，金属氧化物中的氧离子发生迁移并储存在底电极中，形成氧空位导电丝；然后，施加反向电压，储存在底电极中的氧离子返回氧空位导电丝，使氧空位导电丝尺寸变小形成纳米点接触；通过控制反向电压的大小能够控制纳米点接触的量子电导值的大小，尤其是通过逐渐增大反向电压能够构建电导值以0.5G₀为间隔连续减小的纳米点接触结构，因此有望用于多值存储、多值逻辑以及神经模拟等领域。

技术领域

本发明涉及纳米技术与信息存储技术领域，尤其是一种量子电导特性可控的纳米点接触。

背景技术

存储器是信息记录的载体，在国民生产生活中发挥重要的作用。随着大数据时代的到来，全球信息量爆炸式增长，存储器的重要性更加突出。有研究报道可以通过缩减器件尺寸来增加芯片的集成密度和存储容量，但是这并不是一个一劳永逸的办法，摩尔定律在近年来开始遭遇越来越严重的挑战，如：发热、功耗以及工艺难度等一系列问题，以及冯诺依曼瓶颈问题。

阻变存储器是一种新兴的信息技术，具有结构简单、微缩性好、操作速度快、功耗低、与CMOS工艺兼容等诸多优点，在国际半导体技术路线图中被明确列为最值得优先发展的新型存储技术之一。尤为重要的是，阻变存储器的存储单元为简单的“阳极/存储介质/阴极”三层膜结构，存储介质具有电阻转变性质，在阳极与阴极之间调控施加电压可以使存储单元的电阻在高低阻值切换。目前研究表明，大多数阻变存储器在电压作用下材料内部通过离子迁移和电化学过程形成连通阳极和阴极的纳米导电通道，本文中将该纳米导电通道称为“纳米导电丝”。该纳米导电丝可以简化看作准一维电子体系，其电导特性与丝的尺寸尤其是最小直径密切相关。在导电丝连通或断开的临界状态所形成的纳米点接触结构的特征尺寸与介质中的电子自由程相当，电子沿导电丝的弹道传输行为不受散射作用，进而呈现一系列以G₀为单位的量子化电导特性。原子层面上的量子调控能够带来更加丰富的电学性质，不仅可以在不改变尺寸的前提下有效地提高器件存储密度，还有助于开发多功能、低功耗的新原理信息器件，从而解决摩尔定律极限和冯诺依曼瓶颈所带来的种种难题。

但是，当前的纳米点接触因导电可控性、抗疲劳性，以及高温保持性差，很难进行实际应用。因此，构建具有高度可控量子电导特性的纳米点接触，获得可控性、抗疲劳性，以及高温保持性优异的量子电导非常有意义。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种量子电导特性可控的纳米点接触，其结构简单并且易于控制。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：一种量子电导特性可控的纳米点接触，由底电极/金属氧化物/顶电极构成三明治结构，其特征是：如图1所示，

底电极由具有储氧功能的导电材料构成；

顶电极由惰性导电材料构成；

金属氧化物位于底电极与顶电极之间，具有电阻转变性质；

工作状态时，如图2所示，底电极与顶电极之间施加正向电压，金属氧化物中的氧离子发生迁移并储存在底电极中，形成氧空位导电丝；然后，底电极与顶电极之间施加反向电压，储存在底电极中的氧离子返回氧空位导电丝，使氧空位导电丝尺寸变小形成纳米点接触；

通过控制反向电压的大小而控制纳米点接触的量子电导值的大小。

所述的底电极由具有储氧功能的导电材料构成，包括但不限于ITO、AZO、FTO、掺铌钛酸锶等材料中的一种或者几种。

所述的顶电极由惰性导电材料构成，所述惰性是指导电材料形成能较高，在电压作用下难以形成离子，所述的顶电极材料包括但不限于Pt、Au、W等中的一种或者几种。

作为优选，所述的底电极为薄膜状态，电极的厚度保证其导电即可。