摘要
随着科技的不断发展，传统的Flash存储器已不能满足人们的需求，而忆阻器
（RRAM）以其尺寸小、功耗低、非易失性存储、读写速度快等特点被认为具有
替代Flash存储器的巨大潜力。忆阻器集存储与逻辑运算于一体，可以突破传统的
冯·诺依曼瓶颈，此外，忆阻器还可以应用于生物神经网络，这是因为忆阻器的可
塑性与记忆性非常类似于生物突触，是最适合模拟生物突触各项行为的器件。
本文基于磁控溅射制备出了3种不同含氧量TaO介质薄膜，在结合光刻工艺
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设计并构建出了Cu/TaO/p++-Si、Ag/TaO/p++-Si两种结构的忆阻器。在获得
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Ag/TaO/p++-Si忆阻器具有“模拟电阻开关”潜力的基础之上，进一步优化器件性
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能，制备出了具有“模拟电阻开关”行为的Ag/TaO:Ag/p++-Si忆阻器。最后，为
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了制备出具有突触性能的忆阻器，插入了第二阻变层HfO、AlO，设计并制备出
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了Ag/TaO:Ag/HfO/p++-Si和Ag/TaO:Ag/AlO/p++-Si双阻变层忆阻器，并对突触
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性能更优异的Ag/TaO:Ag/AlO/p++-Si忆阻器进行了多项忆阻突触功能的测试。
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本文的主要研究成果如下：
（1）Cu/TaO/p++-Si忆阻器是一种非易失性的“数字型电阻开关”，其开关比
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较大，但是重复性不高。Ag/TaO/p++-Si忆阻器具有成为“模拟型电阻开关”的潜
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力，随着扫描次数的增加，其HRS电流逐渐上升，LRS电流相对稳定，导致开关
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比呈“三段式”下降，最终稳定在10，表明器件内部形成的导电通道并不稳定。
（2）Ag/TaO:Ag/p++-Si忆阻器具有缓变的Set和Reset过程，表现出了“模
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拟电阻开关”特性。与Ag/TaO/p++-Si忆阻器相比，在100次循环过程中，
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Ag/TaO:Ag/p++-Si忆阻器的HRS电流与LRS电流分布相对较为稳定，但是器件的
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开关比与Reset电压区间过小，这使器件的电阻调控范围不大、可靠性不高。
（3）Ag/TaO:Ag/HfO/p++-Si忆阻器工作重复稳定，HRS电流与LRS电流稳
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定分布，开关比稳定在22左右，在较小的范围内实现了电阻的连续调控。
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Ag/TaO:Ag/AlO/p-Si忆阻器在500次循环中均实现了10以上量级的开关比，
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还获得了更稳定的HRS电流和LRS电流、Set电压和Reset电压以及更大的电阻
调控范围；Ag/TaO:Ag/AlO/p++-Si忆阻器还模拟了多项生物突触行为，成功实现
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了突触权重的调控、双脉冲易化、脉冲幅度依赖可塑性、脉冲宽度依赖可塑性、
脉冲频率依赖可塑性和多级记忆的行为等多种突触功能。
关键词：忆阻器，TaO:Ag/HfO双阻变层，