CN109950394B - 无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法，其步骤如下：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电极作为Au上电极，未被NiO薄膜覆盖的FTO薄膜作为FTO下电极；在295‑373K温度范围内，进行电压扫描模式，绘制电压‑电流测试曲线显示不需要电形成过程；RESET过程中多步电流跳变过程中电压‑电导曲线，显示出至少有6个量子化的阻变台阶。本发明实现了量子电导效应，无电形成过程可以降低阻变存储器的能耗，避免发生不同程度的击穿或损坏，提高装置的工作稳定性；量子电导效应的实现可以大幅度增加存储密度，可应用在多级存储器的超高密度存储领域。
Description
技术领域
本发明涉及新型非易失性存储器的技术领域，尤其涉及一种无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法。
背景技术
基于NiO的阻变存储器具有丰富的电特性和良好的可重复性，在下一代阻变随机存取存储器(ReRAM)、逻辑电路和神经形态中具有极大的潜在应用价值。金属氧化物/金属器件阻变存储器的阻变机制一般是基于氧化物层导电细丝的形成与断裂。当导电细丝尺寸接近纳米-原子量级时，与导电电子平均自由程相当，此时不存在散射，从而导致弹道电子传输和量子化电导。虽然在ZnO、TaOx、HfOx等其他氧化物基ReRAM器件中发现了基于量子电导效应的阻变效应，但是上述材料中基于量子电导效应的阻变存储器都需要电形成过程，致使器件遭受一定程度的电损伤，保持性和循环性都受到影响，导致器件的稳定性和可靠性都有待提高。
发明内容
针对现有基于电导效应的阻变存储器都需要电形成过程，使器件的稳定性和可靠性受到影响的技术问题，本发明提出一种无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法，利用脉冲激光沉积技术在制备过程中直接控制，不需要退火就可以引入氧空位避免电形成过程，可以实现在295-373K温度范围内的无电形成过程的双极电阻开关行为，不仅节约了工艺成本，更避免器件发生不同程度的击穿或损坏，降低了能耗，大大提高了阻变存储器的循环保持特性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种无电形成过程阻变存储器实现量子电导效应的方法，其步骤如下：
步骤一：制备Au/NiO/FTO器件：将掺氟的氧化锡薄膜(FTO)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1×10-3Pa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295-373K温度范围内，进行电压扫描模式：限制电流为1mA，电压扫描模式为0V→3V→0V→-3V→0V，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-1V到-3V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。
所述Au/NiO/FTO器件的制备方法为：
1)选择具有200-300nm厚的氟掺杂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。
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240-300nm、激光频率为3-4赫兹、能量密度为2-3J/cm2；沉积环境为：沉积温度380-410℃、氧分压1×10-3Pa，NiO薄膜的厚度为40-60nm。
所述Au/NiO/FTO器件在温度295K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9G0→8G0→6.5G0→5G0→3G0→2G0→1G0。
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也就越高，反之亦然，这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。
连续循环所述步骤三中0V→3V→0V→-3V→0V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过程中都存在稳定的至少6个量子化的阻变台阶变化。
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1.2V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(LRS)，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(HRS)跳过渡到低阻态；继续反向增加电压，Au/NiO/FTO器件显示为RESET过程，Au/NiO/FTO器件逐渐由低阻态变成高阻态，RESET过程为渐变过程。
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-电流测试曲线能够观察到量子电导效应。
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。
本发明的有益效果：通过PLD工艺制备的Au/NiO/FTO器件可以作为这种无电形成过程的双极性量子电导阻变多级存储器，SET过程之前的电压-电流的关系性质符合P-F机制；无电形成过程行为可以解释为在低氧压气氛中NiO薄膜晶界处存在氧空位构成多条准导电细丝，氧空位在正电压驱动下连通在负电压下逐条离散断裂。本发明提供的无电形成过程的双极性量子电导效应阻变存储器，不仅可以降低能耗，而且可以避免器件发生不同程度的击穿或损坏，可实现多级阻变的超高密度存储应用和神经形态计算系统的应用。。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明Au/NiO/FTO器件的结构示意图。
图2为图1所示Au/NiO/FTO器件截面的TEM图。
图3是本发明Au/NiO/FTO器件的无电形成过程的双极性电压-电流性质示意图。
图4是Au/NiO/FTO器件连续10个循环周期的电压-电流曲线。
图5是本发明Au/NiO/FTO器件RESET过程的电压-电导性质示意图。
图6是Au/NiO/FTO器件650个RESET过程的量子电导统计规律示意图。
图7是Au/NiO/FTO器件中量子电导态的电流变化量与相对分布频率的关系。
图8是Au/NiO/FTO器件在295-373K温度范围内的RESET过程中的电压-电流的关系曲线。
图9是Au/NiO/FTO器件在295-373K温度范围内RESET过程中最后一个量子台阶对应的导电态逐渐增大。
图10是Au/NiO/FTO器件中的准导电细丝导通与逐根离散断裂的示意图，其中，(a)为低阻态下电导G>nG0，(b)为电导G＝2G0，(c)为电导G＝G0，(d)为高阻态下电导G<G0。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种无电形成的多级阻变存储器实现量子电导效应的方法，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，在沉积温度为380-410℃、氧分压1×10-3Pa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电极作为上电极。
普通的忆阻器需要在上下电极之间增加一个电场，使得器件被软击穿后，形成导电细丝，这个过程就是电形成过程。Au/NiO/FTO器件使用FTO薄膜作为FTO下电极，Au电极作为上电极，NiO薄膜位于上电极和下电极之间，NiO薄膜覆盖部分FTO薄膜作为FTO层，暴露出的FTO薄膜作为FTO下电极。FTO下电极透明可以用以显示器、太阳能集成电路等。
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；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240-300nm、激光频率为3-4赫兹、能量密度为2-3J/cm2；沉积环境为：沉积温度380-410℃、氧分压1×10-3Pa，NiO薄膜的厚度为40-60nm。
3)使用具有圆形或方形电极图形的第二类掩膜板覆盖在NiO薄膜上，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薄膜作为下电极。第一类掩膜板和第二类掩膜板的作用分别是遮挡部分FTO薄膜和NiO薄膜。
普通玻璃上沉积掺氟的氧化锡薄膜构成FTO玻璃从而形成FTO薄膜，未被NiO薄膜覆盖的FTO薄膜作为FTO下电极。制备出的Au/NiO/FTO器件的结构如图1所示，图1中Au/NiO/FTO器件的截面的TEM图如图2所示，图2中Buffer layer表示FTO薄膜和玻璃层之间的缓冲层，Glass表示玻璃层。
具体地，利用脉冲激光沉积技术在300nm的FTO薄膜衬底上制备NiO薄膜。脉冲激光沉积技术采用KrF准分子激光脉冲激光，KrF准分子激光的波长λ＝248nm，重复率为3赫兹，能量密度为2J/cm2，沉积温度380℃、氧分压1×10-3Pa，NiO膜厚度约为50nm。
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。
通过电流表检测FTO下电极和Au上电极之间的电流，通过电压表实时检测FTO下电极和Au上电极之间的电压，从而方便后续绘制电压-电流之间关系的曲线，为后续研究Au/NiO/FTO器件的性能提供依托。
步骤三：在295-373K温度范围内，进行电压扫描模式：限制电流为1mA，电压扫描模式为0V→3V→0V→-3V→0V，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，所述Au/NiO/FTO器件的电压扫描测试过程中没有电形成过程，可以减少电形成过程对Au/NiO/FTO器件造成的一定程度的击穿和损坏。电压-电流测试曲线中Au/NiO/FTO器件在电压范围从-1V到-3V变化的RESET过程中出现多步电流跳变台阶，如图3所示。这种跳变台阶在图4连续循环10周的RESET过程中可以一致观察到，呈现出普遍存在的电导台阶。
如图3所示，电压扫描模式为0V→3V→0V→-3V→0V时电压-电流测试曲线，Au/NiO/FTO器件的双极开关过程的典型曲线。Au/NiO/FTO器件显示出无电形成的双极开关行为。在电压扫描模式设定后，在RESET过程中电流表检测到电压范围从-1V到-3V的多步电流跳变。图3中1、2、3、4段表示的含义是电压电流测试曲线循环的方向。图4是所述Au/NiO/FTO器件连续10个循环周期的电流-电压的关系曲线，每个循环的电压-电流曲线都出现多个电流跳变台阶。图3的电压-电流测试曲线的每个台阶基于量子电导现象，此现象在图5电压-电导图中显示得更清楚。图5是在图3的基础上通过纵坐标与量子电导的单位G0求商得到的。由图5可以清楚的看到图3的电压-电流测试曲线中的台阶是量子电导效应。
步骤四：绘制RESET过程中多步电流跳变过程中量子电导与电压关系的电压-电导曲线。如图5所示，温度在295-373K时，Au/NiO/FTO器件的RESET过程中至少有6个量子化的阻变台阶，分别为9G0→8G0→6.5G0→5G0→3G0→2G0→1G0。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，等于2e2/h，其中，e是电子电荷，h是普朗克常数。本发明提供的Au/NiO/FTO阻变存储器可实现多级阻变的超高密度存储应用和神经形态计算系统的应用。
步骤五：连续循环所述步骤三中0V→3V→0V→-3V→0V电压扫描模式测试650个周期，可以得到650组数据。利用这些数据可以绘制Au/NiO/FTO阻变存储器的量子电导统计规律的变化直方图，如图6所示。从图6可以看出RESET过程中，多次循环RESET过程的电导值集中在量子电导单位G0整数倍和半整数倍区域，并且大部分处于低值区域，这说明Au/NiO/FTO器件具有低能耗的特性。观察到的统计规律显示量子电导往往在nG0(n为整数或半整数)处出现峰值，说明所述Au/NiO/FTO阻变存储器具有优良的量子电导循环特性。
如图7所示，相邻两个量子电导态的电流变化量与相对分布频率的关系，Au/NiO/FTO器件的相邻两个量子电导态的电流变化量不同，表明相邻量子电导态间的电流有变化。相邻量子电导态之间电流差异越少，发生量子电导的频率也就越高，反之亦然。这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。每相邻两个量子电导态的电流变化量表明相邻导电导态间的差异，可为理解Au/NiO/FTO器件中的量子电导效应机理提供额外的信息。
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薄膜和基底FTO薄膜之间的空间势垒变得越来越窄，并且在295-373K时，所述Au/NiO/FTO器件的电压-电流的关系遵循P-F发射机制，如图8和图10所示；当电压接近1.2V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过渡到低阻态，设备进入ON状态即低阻态(LRS)；继续反向增加电压，Au/NiO/FTO器件显示为RESET过程，Au/NiO/FTO器件逐渐由低阻态变成高阻态(HRS)，Au/NiO/FTO器件逐渐进入关闭状态即HRS，RESET过程为渐变过程。然而在SET过程中，Au/NiO/FTO器件从HRS态突然过渡到LRS状态，如图3所示。由于空穴生成率与焦耳热效应之间存在正反馈关系，导致了SET过程的突然发生。因此，很难观察到量子电导的渐进过程。
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的整数倍处出现了一个电导率的台阶；量子电导发生在细丝最细的部分，通过图3中Au/NiO/FTO器件的电压-电流测试曲线能够观察到量子电导效应。
通过控制制备和测试条件，在Au/NiO/FTO器件组成的多级阻变存储器中发现了无电形成过程的双极性电阻开关现象，无电形成过程阻变存储器不仅可以降低能耗，而且可以避免装置发生不同程度的击穿或损坏。在低于350℃的制备温度下和高氧压的环境中制备的Au/NiO/FTO器件仍需要电形成过程触发电阻开关行为。本发明控制合适的制备温度与氧气氛压强，在制备过程中直接控制NiO层氧空位的含量，避免电形成过程；本发明在制备的过程中直接控制，与现有技术中通过退火引入氧空位避免电形成过程相比，无须额外的退火工艺，不仅节约了工艺成本，更避免了退火过程对器件的损害，大大提高了阻变存储器的循环保持特征。本发明的Au/NiO/FTO器件不仅可以降低能耗，而且可以降低装置的发热，避免器件发生不同程度的击穿或损坏。
采用Signatone 1160系列探测站和Keysight B1500A半导体器件参数分析仪测量器件的电学性能和温度依赖性，从而研究器件阻变切换行为的一致性。所有测量均在295～373K的环境中进行，每个温度下至少有10个连续的电压扫描。在测量中，电压偏差是应用于探针，而底部FTO下电极接地。
在295K到373K不同温度下，测试Au/NiO/FTO器件的阻变特征，并计算温度电阻开关特性和SET过程之前(0≤V≤1V)电压-电流的数据。如图8所示，在外加电压较低(0≤V<0.3V)，电流与电压成线性增加，在大电压(0.3V<V≤1V)，电流与电压成倍增加。Pool-Frenckel(P-F)传导可以很好地描述温度和场相关的传导：
其中，因子α取决于陷阱密度，Ea是活化能，β是一个场增强因子，F是当地电场，kB表示玻耳兹曼常量，T是绝对温度。上述参数在具体应用实例中，对于不同的氧化物材料，可以根据情况选取不同的值。P-F发射是由于电子在电场下从高密度陷阱发射到传导带或其他陷阱。当外加电场时，场致势垒越低，电子发射的概率越大。分析结果很好地解释了电压-电流特性的形状及其对温度的依赖关系。
如图9所示，在临近导电细丝断开前，电导率在G0的整数倍处出现了一个电导率的台阶。对于295K、333K、353K和363K，四条电压-电导曲线的最后一个台阶分别对应量子电导态为1G0、2G0、3G0和4G0。通过Signatone 1160系列探测站和Keysight B1500A半导体器件参数分析仪测试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。
因此，Au/NiO/FTO结构的无电形成过程的双极性量子电导效应阻变存储器可以被理解为制备的NiO薄膜中存在的多条准导电细丝逐根断裂造成的，如图10所示。已有文献报道NiO晶界处容易形成导电细丝。NiO薄膜总得来说是半导体其电学性质受化学计量比、点缺陷(如空位和填隙等)等所影响。由于PLD制备工艺中氧压的控制，NiO薄膜晶界处会出现氧空位并形成了多根准导电细丝，在图10中用圆圈链表示。当正电压比较低时，氧空位从Au/NiO向FTO下电极移动。在正电压的驱动下，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。最后，当电压接近1.2V时，多条准导电细丝从Au上电极到FTO下电极导通。这种情况下，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成低阻态。当施加负电压时，多根导电细丝离散的断裂，导致逐步地达到高阻态，显示出量子电导效应。本发明无电形成过程行为可以解释为在低氧压气氛中NiO薄膜晶界处存在氧空位构成的多根准导电细丝，氧空位在正电压驱动下连通在负电压下逐根离散断裂；无电形成过程主要基于原有的准导电细丝在电场作用下，载流子迁移后形成完整的导电细丝，这一点与普通的忆阻器不同。普通的忆阻器需要在上下电极之间增加一个电场，使得器件被软击穿后，形成导电细丝，这个过程就是电形成过程。电形成过程导致器件遭受一定程度的电损伤，使仪器的保持性和循环性都受到影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
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。
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