多重调控MoOx /MoOy 堆叠忆阻器中负微分电阻耦合阻变行为的深度机理分析

为解决传统冯·诺依曼架构的高功耗问题，研究人员通过磁控溅射（MS）制备了Ag/MoOx /MoOy /FTO双层堆叠忆阻器，揭示了氧含量调控下阻变（RS）与负微分电阻耦合阻变（NRS）行为的演化机制。该器件在高温下仍保持优异性能，并通过Ag导电细丝（CFs）形成/断裂理论为高容量耐高温多级存储忆阻器开发提供了新路径。

　　

在人工智能（AI）时代，传统计算机的冯·诺依曼架构因处理器与存储器分离导致的"内存墙"问题日益突出，高功耗和数据延迟成为技术瓶颈。忆阻器凭借存算一体和兼容CMOS工艺的特性，被视为突破这一困境的关键。然而，现有金属氧化物忆阻器普遍面临氧空位（V_O
s）分布不均、阻变窗口小等问题，且单一材料难以实现多物理特性集成。

福建师范大学的研究团队在《Materials Research Bulletin》发表研究，通过磁控溅射（MS）制备了Ag/MoO_x
/MoO_y
/FTO双层堆叠忆阻器。该工作创新性地通过调控氧含量实现了阻变（RS）与负微分电阻耦合阻变（NRS）行为的可控转换，并揭示了高温环境下Ag导电细丝（CFs）的动态演化机制。

关键技术方法
研究采用磁控溅射制备MoO_y
/MoO_x
双层薄膜（功率70W，氧流量5-15sccm），通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征结构，利用半导体参数分析仪测试电学性能，结合温度系数计算分析导电机制。

研究结果
1. 器件结构与性能增强
XRD显示薄膜呈非晶态（图S2），TEM证实了清晰的MoO_x
/MoO_y
界面（图1b）。随着氧含量从5sccm增至15sccm，RS行为显著增强，表明氧调控可优化表面缺陷。

2. 电压调控的多态行为
在0→4V扫描中，器件先呈现典型RS行为（Set/Reset电压分别为1.8V/-1.2V）；当电压升至6V时出现负微分电阻（NDR）效应，形成NRS耦合行为（图2c）。通过控制电压幅度，成功实现了多级阻态存储。

3. 高温稳定性与动力学机制
在25-125℃测试中，器件保持稳定RS行为，且Set/Reset电压随温度升高而降低（图3d），表明高温可加速Ag离子迁移。通过计算低阻态（LRS）温度系数，证实RS行为源于Ag CFs的形成/断裂（图4f）。

结论与意义
该研究不仅首次在MoO_x
/MoO_y
体系中观察到RS-NRS演化现象，还通过Ag CFs动力学分析为忆阻机理提供了直接证据。其重要意义在于：

1. 为开发耐高温、多级存储的高密度忆阻器提供了材料设计范式；
2. 通过氧含量和电压的双重调控，实现了单一器件的多功能集成；
3. 提出的双层异质结构策略，可推广至其他金属氧化物忆阻系统。

这项工作由赵勇团队领衔完成，获得国家重点研发计划支持，为神经形态计算硬件的发展奠定了理论和实验基础。