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忆阻器是下一代存储器的有力竞争者之一,它是一种同时具备低功耗、高速和高密度存储潜力的非易失性阻变存储器。本文采用简单的水热法在FTO导电玻璃上分别制备了单晶金红石TiO2纳米线、单晶锐钛矿TiO2纳米线和锐钛矿/金红石异质结TiO2,并以此为基础设计了具有三明治器件结构的金红石TiO2纳米线忆阻器、锐钛矿TiO2纳米线忆阻器以及锐钛矿/金红石异质结TiO2忆阻器。实验中系统研究了器件的阻变开关特性,讨论了器件的阻变开关机制,同时提出了器件的阻变开关模型。首先,通过简单的一步水热法在FTO导电玻璃上制备了单晶金红石TiO2纳米线阵列,并设计了Au/TiO2(101)NWAs/FTO和Au/TiO2(002)NWAs/FTO三明治器件结构的金红石TiO2纳米线忆阻器。实验结果表明,Au/TiO2(101)NWAs/FTO和Au/TiO2(002)NWAs/FTO忆阻器都具有非易失的双极性阻变开关特性,它们在0.1 V的电阻开关比分别为1.08?102和2.94?102。同时,相对于Au/TiO2(101)NWAs/FTO忆阻器,Au/TiO2(002)NWAs/FTO忆阻器不仅具有较高的电阻开关比,而且还具有多值存储的潜力。此外,器件在低阻态时都服从欧姆导电定律,而在高阻态时则都满足陷阱控制的SCLC传导机制和Frenkel-Poole传导机制。根据材料的XPS分析结果和器件的电学特性,提出了基于氧空位导电细丝传导机制的阻变开关模型。其次,采用一步低温水热反应在FTO导电玻璃上外延生长了单晶锐钛矿TiO2纳米线,同时制备了Au/TiO2 NWAs/FTO器件结构的锐钛矿TiO2纳米线忆阻器。实验结果表明,Au/TiO2 NWAs/FTO忆阻器在阻变开关过程中表现出非易失的双极性阻变开关特性。同时,在103 s的时间内,器件在0.1 V的电阻开关比始终保持在1.80?102以上,表明器件具有良好的非易失性。此外,器件在高阻态和低阻态时都遵循陷阱控制的SCLC传导机制。根据器件的I-V特性以及材料的XPS测试结果,提出了基于氧空位陷阱控制的SCLC传导机制的阻变开关模型。最后,结合金红石TiO2纳米线忆阻器和锐钛矿TiO2纳米线忆阻器的阻变开关特性,进一步优化器件的结构和性能。通过简单的两步水热法在FTO导电玻璃上制备了锐钛矿/金红石异质结TiO2,并设计了Au/Anatase/Rutile TiO2/FTO器件结构的锐钛矿/金红石异质结TiO2忆阻器。实验结果表明,Au/Anatase/Rutile TiO2/FTO忆阻器具有非易失的双极性阻变开关特性。与此同时,器件在0.1 V的电阻开关比始终保持在0.82?103以上,表明器件具有良好的阻态保持特性。此外,器件在低阻态时满足欧姆导电定律,而在高阻态时则服从陷阱控制的SCLC传导机制和肖特基发射传导机制。根据材料的XPS分析结果和器件的阻变开关特性,提出了基于氧空位导电细丝形成/断开机制的阻变开关模型。值得注意的是,相对于金红石TiO2纳米线忆阻器和锐钛矿TiO2纳米线忆阻器,锐钛矿/金红石异质结TiO2忆阻器不仅具有较低的阈值电压和功耗,而且还同时具有较高的电阻开关比,表明锐钛矿/金红石异质结TiO2忆阻器将是一种很有发展潜力的下一代非易失性存储器。