原子开关

 所谓原子开关(atomic switch)就是器件中存在一个极小的缝隙(纳米级别)，通过相应的电学操作。能够改变电阻状态的“导电通道”在这个极小的缝隙中间连通或者断开，从而实现电阻状态的变化。Aono研究小组利用活性金属银(Ag)在电场中的氧化还原反应来实现极小空间内的金属导电桥的生长和断裂，这一工作发表在《自然》(Nature)杂志上。如图所示，将一层极薄的银夹在下电极硫化银与上电极铂之间，这时候上下电极之间由于金属银的连通而处于低电阻状态。在电学操作的过程中，在上电极铂与下电极硫化银之间加一个正向电压，形成一个从铂指向硫化银的电场，当这个电场足够强时，处于上下电极之间的这一薄层银就会发生氧化反应，原来的银原子被氧化为银离子，并且在电场的驱动下向着硫化银的方向迁移，因为下电极为硫化银，被氧化的银离子可以进入下电极结构中使得原本银薄层的位置出现一个空气薄层，这时上下两个电极之间不再相连接，器件处于一个高电阻的状态。改变电场的方向，原本被氧化的银离子又会在电场的驱动下向上电极移动并发生还原反应，值得注意的是，两电极之间的距离非常小，当还原的银离子接近要连接上两个电极时会出现量子电导现象。这种类型的器件被统称为原子开关。这类器件通常采用上述的金属氧化还原反应和电迁移形成导电桥来完成高低电阻态的转变，并且要求导电桥的尺寸非常小(纳米尺度)，制备这种器件的关键在于如何形成极小尺寸的电极间隙。这种量子电导的获得让我们更深刻地理解了基于这种活性电极的氧化还原和电迁移类型的电阻转变存储器件的电阻转变机理。