阻變存儲器是什么？

伴隨著科學的發展和技術的進步，存儲器不斷被提出并被應用于現今社會，在今天，電阻存儲器的研究已經非常普遍，因為電阻存儲器[36-39]具有其本身非常大的優點，具體地說，首先它具有非常大的存儲密度，因為電阻存儲器采用的是納米技術工藝，也就是說在幾十納米的數量級范圍內對器件進行設計和構造，所以它具有非常大的存儲密度，正是因為這樣，它具有很大的存儲容量。另外電阻存儲器還具有非易失的特性，從電阻開關的 I-V 電學測試圖中我們可以看到，當電阻開關形成以后，無論是單極性電阻開關還是雙極性電阻開關它們都具有電阻狀態的保特性，也就是說，當一個脈沖電壓過來的時候電阻開關會被激發到一定的電阻形態并保持這個形態，一直到下一個脈沖電壓激勵的到來，電阻開關會跳變為另一阻態。通過這種性質很容易對電阻開關進行讀和寫的操作，當一個脈沖過來時候，電阻開關被這個脈沖激發為低阻態，這個過程也就是我們所說的 Set 過程，由于這時候電阻相對于整個 I-V 曲線來說是比較低的，所以把它叫做低電阻態，可以在這個時候對數據進行存儲，把所要的數據放入存儲器中，當第二個脈沖電壓到來的時候，當電阻被激發為高阻態時候，這個時候電阻率相對于整個過程來說*高，因此電流小，這個時候被叫做 Reset 過程，可以通過這個過程來實現對數據的保存；電阻開關還具有自身的一個優點就是功耗比較低，因為它不需要很大電壓來驅動，在斷電時候也可以保持原有的狀態，所以在其對數據進行保存的過程中是不需要耗費電量。

根據電阻開關跳變過程是否與電壓的極性相關，可以分為雙極性電阻開關和單極性電阻開關如圖 1-13，圖中雙極性電阻開關的跳變過程除了與電壓的大小有關系之外還和電壓的極性有關，但是，在單極性電阻開關中，我們可以看到無論是在正的電壓下條件下還是在負的電壓條件下，電阻形態都會經歷由低阻態變為高阻態同時由高阻態變回低組態，這兩種電阻跳變過程，在同一電壓極性范圍之內都會發生。

有趣的是隨著時代的發展和科研人員的努力，我們在此同時又發現了一種無極性電阻開關和非常規性雙極性電阻開關，無極性電阻開關的電阻形態的變化不會隨著電壓方向的變化而變化，同時電阻形態的變化可以發生在任何方向的電壓條件之內，也就是高低阻態的變化可以發生在正電壓的激發條件下同時也可以發生在負電壓的激發條件下。它和單極性電阻開關的區別在于，單極性電阻開關的組態變化只能從低電阻變化為高電阻，然后再從高電阻變回低電阻，但是無極性電阻開關的電阻形態是可以自己選擇的。它和雙極性電阻開關的不同之處在于，雙極性電阻開關的電阻形態的改變是要依賴于電壓極性的變化，而無極性電阻開關電阻形態的變化不依賴于電壓形態的變化。

電阻開關的機制現在普遍被人們認為的是體效應和界面效應，體效應中主要的就是導電絲的形成和斷裂，導電細絲的產生會有兩種，一種是金屬導電絲，另一種是半導體導電細絲，金屬導電細絲的形成是因為金屬上電極發生了變化，變為可以自由移動的金屬離子，金屬離子在半導體內部逐漸積累，后形成了可以導電的金屬細絲，而當電壓過大，或者電流過大的時候金屬細絲就會發生斷裂，因此電阻開關這個時候就會返回到高阻態。半導體薄膜電阻開關內部存在著帶正電的氧空位，氧空位會在電壓和一定的限制電流的條件下排列成導電細絲，這時候電阻開關就會表現為低阻態，但是隨著電壓的升高，溫度逐漸升高，電阻導電絲就會發生熔斷，于此同時電阻開關返回到原來個高阻態，這就是電阻開關體效應電阻絲理論的基本解釋機制。另外一種機制叫做界面效應，他們認為電阻開關的薄膜半導體內部存在著大量的缺陷和大量帶正電的氧空位，這些氧空位在上電極帶正電的情況下會向下電極方向移動，與此同時，由于缺陷的存在，大量帶正電的氧空位被大量的缺陷所捕獲，這就使得剛開始的電阻比較大，然而當電壓增大到一定階段的時候，的缺陷都被氧空位填滿的時候，我們可以發現這個時候帶正電的氧空位已經成為可以自由導電的載流子，電阻開關的電阻形態變為低阻態，當正電極通上負電壓的時候我們可以發現，這個時候帶正電的氧空位會被吸引到上電極，與此同時隨著缺陷逐漸將氧空位釋放出來，電阻開關又恢復到高阻態。在電阻開關的研究之中我們不能忘記的就是電阻開關可以作為實現邏輯電路的門電路來實現，因為電阻開關具有很好的保持特性，也就是存儲特性，同時電壓的激發可以直接將所需信息寫入存儲器或者查出或者讀出來，所以，用電阻開關來實現邏輯門電路，可以直接運用到集成電路之中，現階段存儲器的發展已經伴隨著集成電路的應用進入了一個時代，現在以半導體電阻開關來實現邏輯門電路的人也是越來越多，我們不但實現了門電路，還要將它們應用到集成電路中，來實現片內存儲器和片外存儲器，同時經過總線的控制可以寫入和讀出數據。