[發明專利]一種基于傳輸機制的閾值轉變憶阻器的建模方法

在審

• 申請號: 202210167709.5
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114548005A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 吳祖恒;鄒建勛;李星;代月花
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G06F30/33
• 分類號: G06F30/33;G06F30/3323
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種基于傳輸機制的閾值轉變憶阻器的建模方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、利用空間電荷限制電流機制SCLC對閾值轉變憶阻器進行建模；其中，所述閾值轉變憶阻器包括中間層是氧化鉭、氧化釩、氧化鈮或氧化鈮已被實驗證明有閾值特性的憶阻器；

步驟2、利用直接隧穿到福勒-諾德海姆隧穿機制DT-FNT對另一類閾值轉變憶阻器進行建模；其中，所述另一類閾值轉變憶阻器包括中間層是氧化鉿摻銀、氮氧化硅摻銀或二氧化硅摻銀已被實驗證明有閾值特性的憶阻器。

2.根據權利要求1所述基于傳輸機制的閾值轉變憶阻器的建模方法，其特征在于，所述步驟1的過程具體為：

基于空間電荷限制電流機制SCLC，通過歐姆定律的電流密度J符合下式：

J～Eexp(-Eae/KT) (1)

式中，E為電場；Eae為電子活化能；K為玻爾茲曼常數；T為閾值轉變憶阻器內部溫度；

考慮到電子陷阱的存在，電流密度與電壓的關系取決于陷阱的能量分布，當為淺陷阱時，即遵循曲線I～V²，滿足等式2：

其中，θ代表自由電子的比例；Nc作為導帶底部的態數；Nt為陷阱態數；μ是電子遷移率；薄膜介電常數；d膜厚度；Ea描述能量陷阱的活化能水平低于導帶；

當為深陷阱時，即遵循曲線I～Vⁿ n2，滿足等式3：

其中，Tt為陷阱溫度；l+1為電流正比于Vⁿ中的指數n；

通過以上分析，在基于SCLC的基礎上對閾值轉變憶阻器進行物理建模，在等式1-3兩邊分別除以電壓，得到以下物理模型：

R_ohm＝R₁exp(E_ae/KT) (4)

R_deep＝R₃4T^n-1V^-(n-1) (6)

其中，Rohm、R_shollow、R_deep分別為閾值轉變憶阻器的電流電壓在遵循歐姆定律、曲線I～V²、曲線I～Vⁿ n2時的器件電阻；R1、R2、R3分別為這三種狀態下的初始電阻；

式7用來描述所述閾值轉變憶阻器的導電區域與外部環境之間的能量交換，類似于熱電容，其溫度變化可以用焦耳加熱和散熱來描述；其中，Гth為導熱系數；C為熱電容；ΔT＝T-Tamb，介于環境溫度Tamb與纖維區域溫度T之間；

以上式1-4為利用空間電荷限制電流機制SCLC設計的閾值轉變憶阻器物理模型。

3.根據權利要求1所述基于傳輸機制的閾值轉變憶阻器的建模方法，其特征在于，所述步驟2的過程具體為：

基于直接隧穿到福勒-諾德海姆隧穿機制DT-FNT，在對另一類閾值轉變憶阻器施加電壓的初始階段，DT為主要傳輸機制，隨著摻銀的氧化物之間銀團簇之間的距離變小，閾值轉變憶阻器內部電場的上升導致勢壘由梯形勢壘變為三角形勢壘，傳輸機制也變為FNT主導；其中，DT和FNT的電流密度公式分別為式(8)和(9)：

其中，q為電子電荷；m^*為電子有效質量；φ_B為電勢差；k是擬合系數；h是普朗克常量；t_ox是相對氧化物厚度；E為電場；

通過以上分析，在基于DT-FNT的基礎上對另一類閾值轉變憶阻器進行物理建模，具體是在等式8-9兩邊取倒數后分別乘以電壓V，使R_DT＝V/J_DT,R_FNT＝V/J_FNT,R_FNT0＝8πhφ_B/q²,通過R_DT0去掉約等號，得到以下物理模型：

其中，R_DT為直接遂穿產生的電阻；R_DT0為DT的擬合參數；R_FNT為FNT產生電阻；R_FNT0為FNT的擬合參數；h為導電細絲生長的相對長度；tox為氧化物厚度；uv為氧化物的離子遷移率；Dic為每秒擴散離子數；

同時利用式12來描述所述閾值轉變憶阻器的銀導電絲長度的動態變化；

以上式10-12為利用直接隧穿到福勒-諾德海姆隧穿機制DT-FNT設計的另一類閾值轉變憶阻器的物理模型。