忆阻器具有功耗低、结构简单、切换速度快等优点，是一种新型的非易失性存储器件；此外还能实现存算一体，近年来被认为是克服冯·诺依曼瓶颈的突破口之一。目前大多数相关的研究都以金属氧化物薄膜作为阻变层，但因为无法调控阻变过程，这样的结构往往在耐久性和性能一致性等方面不尽人意。

图1. Cu/HfO₂/TiO₂ NWA/FTO忆阻器的(a)制备过程示意图、(b)I-V扫描曲线、(c)多级阻变功能及(d)对突触可塑性的模拟

针对上述问题，本工作设计出一种具有异质结构阻变层的器件，成功制备了稳定的非易失性阻变器件。首先通过水热生长的方法在FTO衬底上制备出TiO₂纳米线阵列（NWA），再利用原子层沉积（ALD）沉积一层HfO₂薄膜，以Cu作为顶电极得到Cu/HfO₂/TiO₂ NWA/FTO结构的忆阻器。在引入HfO₂之后，器件在操作电压、保持性和性能一致性等方面得到了改善，并且通过调节SET过程中的限流大小还能够实现稳定的多级阻变功能。从原理上分析，该器件的阻变机理主要是基于阻变层处导电细丝的反复形成和断裂，性能的改进一方面是因为一维的纳米线结构可以限制导电细丝的横向扩散；另一方面，HfO₂的介电常数小于TiO₂，在HfO₂薄膜处的电场更强，导电细丝更倾向于在这个部分断裂。此外，该器件还成功模拟了一些基本的突触功能，比如PPF, LTP, LTD和STDP。

相关工作（Enhanced resistive switching uniformity in HfO₂/TiO₂ NWA memristor for synaptic simulation）近期发表在Applied Physics Letters上。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0140746

（通讯员：孙煜东）