获取阻变器件导电通道分布的方法

1.本发明涉及导电通道测试领域，具体地，涉及一种获取阻变器件导电通道分布的方法。


背景技术：

2.阻变器件具有高密度、低功率、低成本和小尺寸等优点，在非易失性存储器件中有着广泛的应用前景，其中每个阻变器件包括上电极-阻变层-下电极，通过对上下电极施加电场，使阻变层发生软击穿，进而形成导电通道，导电通道的联通代表着阻变单元为低电阻状态，导电通道的断开代表着阻变单元为高电阻状态，可见，阻变器件的开关态与阻变层中导电通道的形成密切相关。但是，目前对阻变器件中导电通道的测试还停留在研究单个阻变器件单元，缺少对阵列级别阻变器件的测试。
3.因此，目前的获取阻变器件导电通道分布的方法仍有待改进。


技术实现要素：

4.申请中是基于发明人对以下问题的发现而做出的：
5.发明人发现，目前针对导电细丝形貌的测试多为取单个阻变器件单元进行测试，缺少对阵列级别阻变器件中导电通道的统计分布；另一方面，目前的导电通道的测试方法针对的是特定结构的器件，缺少对实际应用的阵列级别阻变器件的测试；又一个方面，目前的测试针对的是单个阻变器件特定的阻态，缺少对阵列级别阻变器件中阻态为中间态和特殊状态的导电通道的测试。
6.本技术旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。
7.在本技术的一个方面，本技术提出了一种获取阻变器件导电通道分布的方法，包括：提供阻变器件，所述阻变器件包括层叠设置的第一阵列电极层、阻变层以及第二阵列电极层，所述第一阵列电极层、所述阻变层以及所述第二阵列电极层中的至少之一包括多个阵列排布的子结构，所述阻变器件包括多个阵列排布的阻变器件单元；调控所述阻变器件的外界电压，并剥离所述第一阵列电极层和/或所述第二阵列电极层以暴露所述阻变层，以获得不同阻态的待测阻变器件单元；通过扫描所述阻变层的表面信息，所述表面信息包括导电通道的数量和分布位置，以获得所述不同阻态的所述待测阻变器件单元的电流分布；对所述阻变层进行平面取样，以获得待测平面，所述待测平面为平行于所述阻变层一侧表面的平面；令所述待测平面沿轴向旋转，通过扫描所述待测平面多个不同角度的结构信息，以获得所述待测平面在多个不同角度下的所述结构信息的二维数据集；对所述结构信息的二维数据集进行三维重构，得到所述不同阻态的所述待测阻变器件单元的微观结构的三维分布，所述结构信息包括导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态。由此，可以获得阵列级别阻变器件导电通道电流分布与导电通道的微观结构的三维分布之间的对应关系。
8.根据本发明的实施例，所述剥离的方式包括在俄歇电子显微镜监控下通过氩离子
束剥离所述第一阵列电极层和/或所述第二阵列电极层以暴露所述阻变层。由此，可以提高剥离的精度，使得剥离位置精确停留在阻变层表面。
9.根据本发明的实施例，所述剥离的剥离速度为3(nm/min)-10(nm/min)。由此，可以进一步提高剥离电极层暴露阻变层的精确度。
10.根据本发明的实施例，所述通过扫描所述阻变层的表面信息包括采用导电探针原子力显微镜测试所述阻变层的导电通道的数量和分布位置。由此，可以获得阵列级别阻变器件的电流分布。
11.根据本发明的实施例，所述平面的定位取样包括采用聚焦离子束显微镜和/或导电探针原子力显微镜进行所述定位取样。由此，采用聚焦离子束显微镜和/或导电探针原子力显微镜进行定位取样，可以进一步提高定位取样的准确性。
12.根据本发明的实施例，所述通过扫描所述待测平面的所述多个不同角度的结构信息包括采用透射电镜测试所述待测平面的所述多个不同角度的导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态。由此，可以获得阵列级别阻变器件阻变层导电通道微观结构的三维分布。
13.根据本发明的实施例，所述采用透射电镜扫描所述待测平面的所述多个不同角度的导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态包括：令所述待测平面沿轴向旋转多个角度，以使所述透射电镜的电子束照射至所述待测平面，其中，初始状态以0
°
计，所述旋转的角度范围为-75
°
至+75
°
。由此，可以获得获得待测平面的结构信息的二维数据集。
14.根据本发明的实施例，所述阻变器件包括金属型阻变器件、氧离子型阻变器件和相变型阻变器件中的至少之一。由此，本发明的方法可以应用于多种类型的阵列级别阻变器件。
15.根据本发明的实施例，所述阻变器件的面积为0.1μm
2-2mm2。由此，本发明的方法可以应用于不同面积的阵列级别阻变器件。
16.根据本发明的实施例，所述对所述结构信息切片数据集进行三维重构包括采用模拟软件进行所述三维重构，所述模拟软件包括数学计算软件、蒙特卡洛模拟计算、电镜数据处理软件和三维可视化软件中的至少之一种。由此，可以获得阵列级别阻变器件导电通道微观结构的三维分布。
附图说明
17.图1是根据本发明一个实施例的获取阻变器件导电通道分布的方法的流程图；
18.图2是根据本发明一个实施例的阵列结构阻变器件的结构示意图；
19.图3是根据本发明一个实施例的阵列结构阻变器件中阻变器件单元的结构示意图；
20.图4是根据本发明一个实施例的剥离电极层暴露阻变层后的阻变器件的结构示意图；
21.图5是根据本发明一个实施例的采用导电探针原子力显微镜获取样品电流分布示意图；
22.图6是根据本发明一个实施例的三种典型阻态的阻变器件的电流分布示意图；
23.图7是根据本发明一个实施例的对阻变层平面取样和测试的模拟示意图；
24.图8是根据本发明一个实施例的阵列结构阻变器件的平面扫描图；
25.图9是根据本发明一个实施例的单个阻变器件单元的平面扫描放大图；
26.图10是根据本发明一个实施例的tao2储氧层形貌图；
27.图11是根据本发明一个实施例的氧化铪阻变层形貌图；
28.图12是根据本发明一个实施例的阻变器件单元平面取样透射电镜扫描图；
29.图13是根据本发明一个实施例的hf元素分布图。
30.附图标记：
31.1：阻变器件单元；10：第一阵列电极层；20：第二阵列电极层；30：阻变层；40：探针高度唯一测试系统；50：电学信号测试系统；60：为原始阻态器件单元的电流分布；70：为高阻态器件单元的电流分布；80：为低阻态器件单元的电流分布；90：导电细丝；100：样品杆；101：平面取样；102：样品多角度测试；103：三维重构。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的一个方面，本发明提出了一种获取阻变器件导电通道分布的方法，在该方法中，提供阻变器件，阻变器件包括层叠设置的第一阵列电极层、阻变层以及第二阵列电极层，阻变器件包括多个阵列排布的阻变器件单元；调控阻变器件的外界电压，并剥离第一阵列电极层和/或第二阵列电极层以暴露阻变层，获得不同阻态的待测阻变器件单元；通过扫描不同阻态的待测阻变器件单元的阻变层的表面信息，以获得不同阻态的待测阻变器件单元的电流分布；对阻变层进行平面取样，以获得待测平面，其中待测平面为平行于阻变层一侧表面的平面；令待测平面沿轴向旋转，通过扫描待测平面的多个角度的结构信息，以获得待测平面在多个不同角度下的结构信息的二维数据集，对结构信息的二维数据集进行三维重构，得到不同阻态的待测阻变器件单元的微观结构的三维分布，其中结构信息包括导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态，由此，通过对不同阻态的待测器件单元的阻变层进行表面信息测试获得不同阻态的待测阻变器件单元的电流分布，以及通过对不同阻态的待测器件单元的阻变层进行平面取样获得待测平面，测试待测平面多个不同角度下的结构信息，通过对待测平面多个不同角度下的结构信息二维数据集进行三维重构，得到不同阻态待测器件单元的微观结构的三维分布，从而获得阵列结构阻变器件的电流分布和微观结构的三维分布，进一步地，根据电流分布结构和微观结构的三维分布结果，能够建立阵列级别阻变器件的电学特性与导电通道的微观三维结构之间的对应关系，为阻变器件优化系统提供参考依据，在纳米尺度上获得导电通道的电流分布、晶相结构、元素组分，化学价态等信息，有助于研究导电通道中单根导电细丝的电学运输特性，获取阻变器件导电通道分布的方法参考图1，该方法包括以下步骤：
34.s100：提供阻变器件
35.根据本发明的一些实施例，在该步骤中提供阻变器件，阻变器件包括层叠设置的第一阵列电极层、阻变层以及第二阵列电极层，第一阵列电极层、阻变层以及第二阵列电极
层中的至少之一包括多个阵列排布的子结构，阻变器件包括多个阵列排布的阻变器件单元。在本发明中，阻变器件是指利用某些薄膜材料在外加电场的作用下表现出的两个或者两个以上的不同电阻态，并且这种电阻状态的改变不随着时间退化，因此此时的电阻转变效应不是一种电容的充放电效应，而是由于材料在电场作用下的本征结构变化导致的电阻转变。具体地，参考图2，阻变器件为三层结构，即第一阵列电极层10和第二阵列电极层20之间夹着阻变层30，第一阵列电极10和第二阵列电极20可以做成垂直相交的条状，作为阻变器件的字线和位线，存储介质则被加载在字线和位线的中间，参考图3，每一个交叉点作为一个阻变器件单元1，阵列级别的阻变器件由多个阻变器件单元1组成，当对阵列级别阻变器件的导电通道进行测试时，只需对多个不同阻态的阻变器件单元的阻变层做电流分布和微观结构的测试，得到阵列级别阻变器件单元的导电通道电流分布和微观结构的三维分布，进而获得电流分布与微观结构的对应关系，为阻变器件优化系统提供参考依据，有助于研究导电通道中单根导电细丝的电学运输特性。
36.根据本发明的一些实施例，阻变器件的阵列结构不受特别限制，参考图2，阻变器件的阵列结构还可以为在图2阻变器件单元结构的基础上，纵向连续堆垛n层十字交叉的阵列。
37.s200:调控所述阻变器件的外界电压，并剥离所述第一阵列电极层和/或所述第二阵列电极层
38.根据本发明的一些实施例，在该步骤中，参考图4，调控前述的阻变器件的外界电压，并剥离第一阵列电极层和/或第二阵列电极层以暴露阻变层30，得到不同阻态的待测阻变器件单元。发明人发现，阻变器件在外界电压的刺激下，可以在高低阻态之间循环转换，并且经外界电压刺激结束后，阻变器件中不同阻态的阻变器件单元的电阻状态可以保持不变。当采用一定的手段剥离阻变器件单元的上电极和/或下电极以暴露阻变层，从而可以完成不同阻态的待测阻变器件单元的测试，在本发明中，通过调控实际应用的阵列级别阻变器件电压，能够使阻变器件的阻态包含低阻态、高阻态和中间阻态等多种阻态，剥离阻变器件的第一阵列电极层和/或第二阵列电极层以暴露阻变层，对不同阻态下的阻变器件单元的阻变层进行测试，可以获得阵列级别阻变器件中导电通道的统计测试。
39.在本技术的描述中，“a和/或b”可以包括单独a的情况，单独b的情况，a和b的情况的任一种，其中a、b仅用于举例，其可以是本技术中使用“和/或”连接的任意技术特征。
40.根据本发明的一些实施例，剥离的方式包括在俄歇电子显微镜监控下通过氩离子束剥离第一阵列电极层和/或第二阵列电极层以暴露阻变层，由于不同的元素原子具有自己本身特征的俄歇电子能量，因此俄歇电子显微镜可以用来鉴别元素，在俄歇电子显微镜的监控下，通过控制氩离子束的速度，剥离第一阵列电极层和/或第二阵列电极层，俄歇电子显微镜在剥离过程中能够实时在线测试剥离停留位置的化学组分，从而可以在纳米级尺度上控制剥离位置，进而确定剥离停止位置是否为目标测试层，进而提高后续对阻变器件导电通道测试的准确性。
41.根据本发明的一些实施例，采用俄歇电子显微镜剥离第一阵列电极层和/或第二阵列电极层的剥离速度不受特别限制，例如，剥离速度可以为3(nm/min)-10(nm/min)，当剥离速度大于10(nm/min)时，剥离速度过快，不利于俄歇电子显微镜实时监控剥离厚度和停止位置是否准确，当剥离速度小于3(nm/min)时，剥离速度过慢，氩离子束会对样品造成损
耗，进而影响后续对阻变器件导电通道测试结果的准确性，当剥离速度为3(nm/min)-10(nm/min)时，可以较好的实现俄歇电子显微镜监控下的氩离子束剥离第一阵列电极层和/或第二阵列电极层，并使得剥离停止位置准确地停留在阻变层表面，提高后续对阻变器件导电通道的测试结果，具体地，对叠层结构为pt(100nm)/tin(50nm)/hfo
x
(8nm)/tin(50nm)的阻变器件进行剥离，其中pt(100nm)表示厚度为100nm的铂金属层，tin(50nm)表示厚度为50nm的氮化钛，hfo
x
(8nm)表示厚度为8nm的氧化铪层，具体剥离过程为：先采用10nm/min的速度剥离到tin层，再使用5nm/min的速度剥离6min-7min到结晶tin/hfo
x
界面处，再使用3nm/min的速度剥离至hfo
x
层表面，在确保剥离效率的前提下，使得剥离面停留在阻变层结构上。
42.s300:扫描阻变层的表面信息
43.根据本发明的一些实施例，在该步骤中，通过扫描不同阻态的待测阻变器件单元阻变层的表面信息，其中表面信息包括不同阻态的待测阻变器件单元的电流分布，以获得导电通道的数量和分布位置。由此，针对不同阻态的器件单元做电流分布测试，可以获得导电通道在阻变层面内的分布情况。具体地，当阻变器件单元的第一阵列电极层和/或第二阵列电极层被剥离暴露阻变层后，对阻变器件特定阻态的阻变器件单元的阻变层表面进行扫描，可以获得阻变层表面的导电通道的数量和分布位置，进而可以得到导电通道在阻变层内的分布情况，对阻变器件中其他阻态的阻变器件单元的阻变层表面的导电通道的数量和分布进行测试，进而获得阵列级别阻变器件的电流分布。
44.根据本发明的一些实施例，扫描不同阻态的待测阻变器件单元阻变层的表面信息包括采用导电探针原子力显微镜测试待测阻变器件单元的阻变层的导电通道的数量和分布位置。导电探针原子力显微镜在传统原子力显微镜所带有的力敏感器和力探测器外，附加了一个灵敏电流表，使其能够在扫描时针尖导电，进而获得阻变层表面信息，参考图5，当采用导电探针原子力显微镜采集阻变层表面的导电通道的数量和分布位置时，探针高度位移测试系统40可以实时控制探针的走向，电学信号测试系统50可以为测试提供电学信号，具体地，样品可以在毫米级别的范围内移动，测试探针的位置可以通过探针高度位移测试系统40在微米级别的尺寸内移动，从而完成对阻变层表面信息的测试，图6显示了三种典型阻态的导电通道中电流分布示意图，其中60为原始阻态器件单元的电流分布，70为高阻态器件单元的电流分布，80为低阻态器件单元的电流分布，具体地，通过对低阻态的阻变器件的阻变层采用导电探针原子力显微镜测试，获得了该阻态下阻变器件的单元的阻变层电流分布为高密度状态的导电通道分布。由此，可以对不同阻态下的阻变器件单元的阻变层的导电通道进行纳米尺度得精准测试，获得阻变层的电流分布。
45.s400:对阻变层进行平面取样，以获得待测平面
46.根据本发明的一些实施例，在本步骤中，对不同阻态的待测阻变器件单元的阻变层进行平面取样，获取待测平面样品以满足后续测试过程中对样品物理性能的要求，待测平面为平行于阻变层一侧表面的平面，由此，通过对不同阻态的阻变器件单元的取样后的待测平面进行取样，得到不同阻态的阻变器件单元阻变层的待测平面，并进行后续测试，进而获得阵列级别阻变器件导电通道的微观结构。
47.根据本发明的一些实施例，对阻变层进行平面定位取样包括采用聚焦离子束显微镜和/或导电探针原子力显微镜进行。聚焦离子显微镜取样原理为在外加电场条件下，导出
镓离子束，利用离子的物理碰撞对样品达到切割的目的，透射电镜测试原理为经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子发生相互作用，产生弹性散射与非弹性散射的信号，以此分析样品的晶体结构与化学组分。具体地，采用聚焦离子显微镜镓离子纳米切割手切割出阻变层中平行于阻变层任意一侧表面的平面，以满足后续对阻变层进行微观结构测试时对样品厚度的要求。参考图7，对阻变层进行平面取样的过程可以为对阻变层的xy平面进行取样。根据本发明的一些实施例，对阻变层进行平面取样还可以为对zx或yz平面进行取样，以获得待测平面。
48.s500:令阻变层沿轴向旋转并扫描待测平面的多个不同角度的结构信息
49.根据本发明的一些实施例，在本步骤中，令待测平面沿轴向旋转，通过扫描多个不同角度下的待测平面，以获得待测平面在多个不同角度下的结构信息的二维数据集，对待测平面的多个不同角度的结构信息二维数据集进行三维重构，得到所述不同阻态的所述待测阻变器件单元的微观结构的三维分布。具体地，对阻变层进行平面取样获得待测平面样品，将阻变层的待测平面样品放置到样品杆中，令样品杆内的待测平面样品沿轴向旋转，获得多个不同角度下的待测平面的结构信息的二维数据集，对获得的结构信息的二维数据集采用三维模拟软件，进而获得特定阻态的器件中导电通道微观结构的三维分布，参考图7，可以令xy方向为平行于阻变层表面的平面，对阻变层进行xy平面取样101，并将获取的平面取样的待测平面样品放置于样品杆100内，并令样品杆内的待测平面样品沿轴向旋转，即可以令样品杆初始位置0
°
为轴向，沿轴向旋转样品杆至多个不同角度，对平面取样的阻变层的待测平面进行多个不同角度下的测试102，获得待测平面在多个不同角度下的结构信息二维数据集，对待测平面的多个不同角度的结构信息二维数据集进行三维重构103，将得到阻变层导电通道的微观结构的三维分布，其中90代表单根导电细丝，再对不同阻态的阻变器件单元的阻变层做前述的测试，进而获得阵列级别阻变器件导电通道的统计信息。由此，通过导电探针原子力显微镜和/或聚焦离子束显微镜获取阻变层平面的待测样品，对待测样片进行多角度进行测试，还可以建立阵列中特定阻变器件的电学特性与导电通道的微观三维结构之间的对应关系，为阻变器件优化系统提供参考依据，在纳米尺度上获得的导电通道的电流分布、晶相结构、元素组分，化学价态等信息，有助于研究导电通道中单根导电细丝的电学运输特性。
50.根据本发明的一些实施例，采用聚焦离子显微镜镓离子纳米切割手切割出阻变层中平行于阻变层表面的平面和采用透射电镜测试观测平面的导电通道的元素分布，如观测128行乘以8列尺寸的阵列级别阻变器件中特定阻态的阻变器件单元的导电通道阻变层元素分布，该阻变器件的层叠结构为pt/tin/tao2/hfo
x
/tin的阻变器件，该阻变器件的阻变器件单元的尺寸为700nm2，图8为该阵列结构阻变器件的扫描图，图9为单个阻变器件单元的放大扫描图，当调控阻变器件的外界电压，使得阻变器件内存在多种阻态的器件单元后，在俄歇电子显微镜监控下采用氩离子束剥离第一电极层，获得tao2储氧层相貌图，如图10所示，继续剥离储氧层获得hfo
x
阻变层形貌图，如图11所示，采用聚焦例子束显微镜对阻变层进行平面取样，如图12所示，整个单器件单元均可包含在透射电镜的观测范围内，其中平面取样中hf元素扫描结果如图13所示。具体地，通过对该阻变器件的低阻态阻态的阻变器件的阻变层的待测平面采用透射电镜进行测试，在该低阻态器件单元阻变层的导电区域测得氧元素，氧元素的分布与导电通道的分布呈负相关的关系，在导电通道密集的位置，氧元素
含量较低；在该低阻态器件单元阻变层的导电区域测得铪元素的+3化学价态分布，该铪元素的+3化学价态分布与导电通道分布呈正相关的关系，在导电通道密集的地方，缺氧的+3化学价态的铪较多；在该低阻态器件单元阻变层的导电通道区域测得氧化铪的缺氧相单斜晶系分布，该缺氧相单斜晶系分布与导电通道的分布呈正相关的关系，导电通道主要有缺氧态单斜系的氧化铪晶相构成。低阻态的阻变器件的阻变层的电通道中单根导电细丝的电学运输特性关系为欧姆特性曲线，在电流分布中表现为高导电区域，具有缺氧态单斜晶系的晶体结构，氧含量低于基体区域，铪元素呈现正三价态，电子从hf5p转移到hf5d电子态进行电子传输。通过对该阻变器件的不同阻态的阻变器件单元进行测试，可以得到该阵列级别阻变器件导电通道的统计分布为正态分布。
51.根据本发明的一些实施例，扫描不同阻态的待测阻变器件单元的阻变层的多个不同角度的待测平面的结构信息包括采用透射电镜测试待测阻变器件单元的导电通道的形貌、分布、镜像结构、元素分布和元素价态，其中平面定位取样包括采用聚焦离子束显微镜和/或导电探针原子力显微镜进行。参考图7，取样方式还可以为对阻变层yx方向不同深度多次取样，获得平面取样二维数据集，采用透射电镜对平面取样结果的二维数据集进行多个不同角度的测试，从而获得阻变层的待测平面的结构信息的二维数据集，利用三维模拟软件对结构信息的二维数据集进行三维重构，获得阻变层导电通道的微观结构的三维分布，采用前述的取样方法对其他阻态的阻变器件单元的阻变层进行取样并测试，可以获得阵列级别阻变器件的导电通道的微观结构统计情况。由此，可以获得实际应用的阻变器件多种阻态的器件单元导电通道的微观结构的三维分布，进而可以对阻变器件特性进行评估，为阻变器件优化提供系统和精准的参考数据。具体地，采用导电探针原子力显微镜扫描电流分布数据，确定导电通道的位置与电流值。针对同一个阻变器件进行平面取样，通过对比xy位置信息，用导电探针原子力显微镜的电流分布结果在透射电镜观测图上定位导电通道的位置。然后，采用不同的数据收集模式进行导电通道的电流分布、晶相结构、元素组分，化学价态等信息二维数据采集，例如，可以为采集反应晶体结构的透射电镜明场相，采集反应元素分布的x射线能量色散谱(eds)扫描图，采集反应元素价态信息的低能电子损失谱(eels)扫描图。用三维重构的方法分别对导电通道的电流分布、晶相结构、元素组分，化学价态等信息二维数据采集进行处理，获得该信息的三维分布结构。透射电镜三维重构的过程基于中心截面定理进行重构。中心截面定理的内容是：任何实空间的三维物体沿着电子束方向投影的傅里叶变换是该物体所对应的傅里叶空间中通过中心且处置与投影方向的一个截面。在三维数据采集的过程中，收集样品在不同角度的投影，在三维重构的过程中，对每个角度的投影进行傅里叶变换，按照投影方向填充到三维傅里叶空间对应的切面，再进行反傅里叶变换，得到样品信息在实空间的三维结构。
52.根据本发明的一些实施例，采用透射电镜扫描待测平面的多个不同角度的导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态包括：令待测平面沿轴向旋转多个角度，以使透射电镜的电子束照射至阻变层的待测平面，其中，初始状态以0
°
计，旋转的角度范围为-75
°
至+75
°
，具体地，参考图7，令阻变层沿着轴向旋转，可以计透射电镜样品杆初始0
°
为轴向，而后以初始位置旋转透射电镜样片杆，待测平面样品相应地随着旋转，旋转的角度范围为-75
°
至+75
°
，由此，可以获得多个不同角度的待测平面的结构信息二维数据集，对结构信息二维数据集进行三维重构，进而获得，获得阻变层导电通道的微观结构三维
分布。
53.根据本发明的一些实施例，阻变器件的类型不受特别限制，例如，阻变器件的类型可以为金属型阻变器件、氧离子型阻变器件和相变型阻变器件中的至少之一。
54.根据本发明的一些实施例，阻变器件的面积不受特别限制，例如，阻变器件的面积可以为0.1μm
2-2mm2，由此，采用本发明提供的获取阻变层导电通道的方法，测试大范围面积尺寸阵列级别阻变器件的导电通道，即本发明提供的获取阻变层导电通道的方法可以应用于多种类型的阵列级别阻变器件。
55.根据本发明的一些实施例，阵列级别阻变器件的阻变器件单元的数量不受特别限制，例如，阵列级别阻变器件的阻变器件单元的数量可以为1024个-128000个阻变器件单元，当阵列级别阻变器件的阻变器件单元的数量为前述范围时，采用本发明获取导电通道微观结构的方法，可以实现阵列级别阻变器件的导电通道测试，并为阵列结构阻变器件优化提供系统和精准的参考数据。
56.根据本发明的一些实施例，对阻变层的结构信息二维数据集进行三维重构的基本过程是，对每个角度的投影图进行傅里叶变换，按照投影方向填充到三维傅里叶空间对应的切面，再进行反傅里叶变换，得到样品信息在实空间的三维结构。具体地，对阻变层的结构信息二维数据集进行三维重构的模拟方法不受特别限制，例如，对阻变层的结构信息二维数据集进行三维重构的模拟方法可以为软件模拟，这类软件模拟包括但不局限于数学计算软件(matlab)、蒙特卡洛模拟计算、电镜数据处理软件(axon)和三维可视化软件(avizo)。
57.下面通过具体的实施例对本技术的方案进行说明，需要说明的是，下面的实施例仅用于说明本技术，而不应视为限定本技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
58.实施例1
59.调控所述阻变器件的外界电压：提供阵列为128行乘8列的阻变器件，其叠层结构为pt(100nm)/tin(50nm)/hfo
x
(8nm)/tin(50nm)，调控该阻变器件的电压，将阻变器件中的阻变器件单元的阻值调控到3个阻态，即低阻态、中等阻态和高阻态。
60.剥离上电极暴露阻变层：先采用10nm/min的速度剥离到tin层，再使用5nm/min的速度剥离6min-7min到结晶tin/hfo
x
界面处，再使用3nm/min的速度剥离至hfo
x
层表面。
61.扫描所述阻变层的表面信息：对阻变器件特定阻态的阻变器件单元的阻变层表面进行扫描，可以获得阻变层表面的导电通道的数量和分布位置，即采用导电探针原子力显微镜扫描电流分布数据，确定导电通的位置与电流值，并重复此操作，对阵列级别阻变器件中不同阻态的阻变器件单元进行测试。
62.对所述阻变层进行平面取样：对扫描所述阻变层的表面信息确定导电通的位置与电流值的同一个阻变器件进行平面取样，平面取样采用聚焦离子束显微镜进行取样获得待测平面。
63.导电通道微观结构测试：将阻变层的待测平面样品放置到样品杆中，令样品杆内的待测平面样品沿轴向旋转，通过对比xy位置信息，用导电探针原子力显微镜的电流分布结果在透射电镜观测图上定位导电通道的位置。然后，采集反应晶体结构的透射电镜明场
相，采集反应元素分布的x射线能量色散谱(eds)扫描图，采集反应元素价态信息的低能电子损失谱(eels)扫描图。用三维重构的方法分别对导电通道的电流分布、晶相结构、元素组分，化学价态等信息二维数据采集进行处理，获得该信息的三维分布结构。
64.由此，通过对低阻态的阻变器件的阻变层采用导电探针原子力显微镜测试，获得了该阻态下阻变器件的单元的阻变层电流分布为高密度状态的导电通道分布。
65.通过对低阻态阻态的阻变器件的阻变层的待测平面采用透射电镜进行测试，在该低阻态器件单元阻变层的导电区域测得氧元素，氧元素的分布与导电通道的分布呈负相关的关系，在导电通道密集的位置，氧元素含量较低；在该低阻态器件单元阻变层的导电区域测得铪元素的+3化学价态分布，该铪元素的+3化学价态分布与导电通道分布呈正相关的关系，在导电通道密集的地方，缺氧的+3化学价态的铪较多；在该低阻态器件单元阻变层的导电通道区域测得氧化铪的缺氧相单斜晶系分布，该缺氧相单斜晶系分布与导电通道的分布呈正相关的关系，导电通道主要有缺氧态单斜系的氧化铪晶相构成。
66.低阻态的阻变器件的阻变层的电通道中单根导电细丝的电学运输特性关系为欧姆特性曲线，在电流分布中表现为高导电区域，具有缺氧态单斜晶系的晶体结构，氧含量低于基体区域，铪元素呈现正三价态，电子从hf5p转移到hf5d电子态进行电子传输。
67.通过对pt(100nm)/tin(50nm)/hfo
x
(8nm)/tin(50nm)阻变器件的不同阻态的阻变器件单元进行测试，可以得到该阵列级别阻变器件导电通道的统计分布为正态分布。
68.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
70.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种获取阻变器件导电通道分布的方法，其特征在于，包括：提供阻变器件，所述阻变器件包括层叠设置的第一阵列电极层、阻变层以及第二阵列电极层，所述第一阵列电极层、所述阻变层以及所述第二阵列电极层中的至少之一包括多个阵列排布的子结构，所述阻变器件包括多个阵列排布的阻变器件单元；调控所述阻变器件的外界电压，并剥离所述第一阵列电极层和/或所述第二阵列电极层以暴露所述阻变层，以获得不同阻态的待测阻变器件单元；通过扫描所述阻变层的表面信息，所述表面信息包括导电通道的数量和分布位置，以获得所述不同阻态的所述待测阻变器件单元的电流分布；对所述阻变层进行平面取样，以获得待测平面，所述待测平面为平行于所述阻变层一侧表面的平面；令所述待测平面沿轴向旋转，通过扫描所述待测平面沿轴向旋转下的多个不同角度的结构信息，以获得所述待测平面在多个不同角度下的所述结构信息的二维数据集；对所述结构信息的二维数据集进行三维重构，得到所述不同阻态的所述待测阻变器件单元的微观结构的三维分布，所述结构信息包括导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剥离的方式包括在俄歇电子显微镜监控下通过氩离子束剥离所述第一阵列电极层和/或所述第二阵列电极层以暴露所述阻变层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述剥离的剥离速度为3(nm/min)-10(nm/min)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过扫描所述阻变层的表面信息包括采用导电探针原子力显微镜测试所述阻变层的导电通道的数量和分布位置。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面的定位取样包括采用聚焦离子束显微镜和/或导电探针原子力显微镜进行所述定位取样。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过扫描所述待测平面的所述多个不同角度的结构信息包括采用透射电镜测试所述待测平面的所述多个不同角度的导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态。7.根据权利要求6的所述的方法，其特征在于，所述采用透射电镜扫描所述待测平面的多个不同角度的导电通道的形貌状态、分布位置、晶相结构、元素分布和元素价态包括：令所述待测平面沿轴向旋转多个角度，以使所述透射电镜的电子束照射至所述待测平面，其中，初始状态以0
°
计，所述旋转的角度范围为-75
°
至+75
°
。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻变器件包括金属型阻变器件、氧离子型阻变器件和相变型阻变器件中的至少之一。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻变器件的面积为0.1μm
2-2mm2。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述结构信息的二维数据集进行三维重构包括采用模拟软件进行所述三维重构，所述模拟软件包括数学计算软件、蒙特卡洛模拟计算、电镜数据处理软件和三维可视化软件中的至少之一种。

技术总结
本申请公开了获取阻变器件导电通道分布的方法，该方法包括提供阻变器件，该器件具有多个阵列排布的阻变器件单元；调控阻变器件的外界电压，剥离第一阵列电极层和/或第二阵列电极层暴露阻变层，获得不同阻态的待测阻变器件单元；扫描不同阻态的待测阻变器件单元的阻变层的表面信息，以获得不同阻态的待测阻变器件单元的电流分布；对阻变层进行平面取样，获得待测平面；令待测平面沿轴向旋转，扫描待测平面多个不同角度的结构信，对结构信息二维数据集进行三维重构，获得不同阻态的待测阻变器件单元的微观结构三维分布。由此，可以获得阵列级别阻变器件导电通道的电流分布与导电通道的微观结构的三维分布之间的对应关系。道的微观结构的三维分布之间的对应关系。道的微观结构的三维分布之间的对应关系。


技术研发人员：吴华强 孙雯 高滨 唐建石
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/12