1.一种无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,其步骤如下:
步骤一:制备Au/NiO/FTO器件:将FTO薄膜作为衬底,在FTO薄膜上部的一侧覆盖掩膜板,在温度为380-410 ℃、氧分压1×10-3 Pa的环境下用脉冲激光沉积工艺沉积NiO薄膜,NiO薄膜上部制备Au电极,未被NiO薄膜覆盖的FTO薄膜作为FTO下电极,Au电极作为Au上电极;
步骤二:电压扫描模式准备:在FTO下电极和Au上电极之间串联连接电流表和可变的电源,在电流表和可变的电源的两端并联连接电压表;
步骤三:在295 - 373 K温度范围内,进行电压扫描模式:限制电流为1 mA,电压扫描模式为0 V→3 V→0 V→-3 V→0 V,绘制Au/NiO/FTO器件的电压-电流测试曲线,电压-电流测试曲线为8字型表明Au/NiO/FTO器件可实现双极性开关;且电压-电流测试曲线中Au/NiO/FTO器件在电压范围从-1 V到-3 V变化的RESET过程中出现多步电流跳变;
步骤四:绘制RESET过程中多步电流跳变过程中电压-电导曲线,电压-电导曲线中至少有6个量子化的阻变台阶,且阻变台阶的电导值可用nG0表示,其中n为整数或半整数,G0是量子电导的单位;
步骤五:RESET过程中,多次循环步骤三中电压扫描模式,阻变台阶的电导值集中在量子电导单位G0整数倍和半整数倍的区域。
2.根据权利要求1所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,所述Au/NiO/FTO器件的制备方法为:
1)选择具有200-300nm厚的FTO薄膜的透明导电玻璃作为衬底;
2)使用第一类掩膜板覆盖部分FTO薄膜,在暴露出的FTO薄膜上利用脉冲激光沉积工艺制备NiO薄膜;
3)使用具有图形的第二类掩膜板覆盖NiO薄膜,在NiO薄膜上制备Au上电极;
4) 移除第一类掩膜板和第二类掩膜板,暴露出Au上电极和FTO薄膜作为FTO下电极。
3.根据权利要求2所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,所述脉冲激光沉积工艺通过KrF准分子激光实现,KrF准分子激光的激光波长为 240-
300 nm、激光频率为3-4赫兹、能量密度为 2-3 J / cm2;沉积环境为:沉积温度380-410℃、氧分压1×10-3 Pa,NiO薄膜的厚度为40-60 nm。
4.根据权利要求1所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,所述Au/NiO/FTO器件在温度295 K时至少有6个量子化的阻变台阶,6个量子化的阻变台阶变化为9 G0→8 G0→6.5 G0→5 G0→3 G0→2 G0→1 G0。
5.根据权利要求1所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,所述步骤五中Au/NiO/FTO器件的相邻量子电导态之间电流差异越少,发生量子电导的频率就越高,反之亦然;说明量子电导总是集中发生,并随着电流差异的线性增大呈对数减小。
6.根据权利要求1所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,连续循环所述步骤三中0 V→3 V→0 V→-3 V→0 V电压扫描模式650个周期,统计分析电压-电流关系的曲线,Au/NiO/FTO器件在RESET过程中每周期都存在稳定的至少6个量子化的阻变台阶变化。
7.根据权利要求1所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,在电压扫描模式从0V开始的第一次扫描中,Au上电极和FTO下电极之间的正电压较低,Au/NiO/FTO器件中的氧空位从Au上电极经过NiO薄膜向FTO下电极移动,Au/NiO/FTO器件显示为SET过程;在正电压的驱动下,NiO薄膜和FTO下电极之间的空间势垒变得越来越窄,并且电压-电流的关系遵循P-F发射机制;当电压接近1.2 V时,多条准导电细丝从Au上电极到FTO下电极导通,电流突然增加,Au/NiO/FTO器件进入低阻态,Au/NiO/FTO器件的SET过程中不需要大的电形成电压就可以从高阻态跳变过渡到低阻态;继续反向增加电压,Au/NiO/FTO器件显示为RESET过程,Au/NiO/FTO器件逐渐由低阻态分步跳变成高阻态。
8.根据权利要求7所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,所述Au/NiO/FTO器件在SET过程中,Au上电极和FTO下电极之间的准导电细丝在电场作用下,载流子迁移形成完整的导电细丝;当RESET过程由负反馈驱动时,Au上电极和FTO下电极之间的导电细丝有逐渐减少和消失的趋势,导电细丝逐渐变细,直至细丝完全断裂;在临近导电细丝断开前,电导率在G0的整数倍和半整数倍处出现了电导率的台阶;量子电导发生在细丝最细的部分,通过Au/NiO/FTO器件的电压-电导曲线能够观察到量子电导效应。
9.根据权利要求1或8所述的无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法,其特征在于,通过探测站和半导体器件参数分析仪测量Au/NiO/FTO器件,导电细丝的导电载流子的数量随着温度的升高显著增加,使得Au/NiO/FTO器件中的导电细丝的直径增加,从而导致Au/NiO/FTO器件的高电阻的电导随温度升高而逐渐增加。