[发明专利]电致电阻转变功能单元、加密存储器及其数据读出方法

说明书

本发明提供了一种电致电阻转变功能单元、加密存储器及其数据读出方法。该功能单元具有三明治结构，底电极与顶电极中的一个电极选用室温磁性导电材料，另一个电极选用非磁性导电材料，介质层选用具有电致电阻转变性质的非磁性材料；该功能单元具有独特的磁电性能：对功能单元施加不同方向的电场可以形成不同成分纳米导电细丝，并且不同成分的纳米导电细丝对磁场的响应行为不同。该功能单元在信息存储等技术领域具有应用前景，例如可作为加密存储单元实现数据的加密写入与解密读出。

技术领域

本发明属于信息处理技术与信息存储技术领域，具体涉及电致电阻转变功能单元、加密存储器及其数据读出方法。

背景技术

存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备，其主要功能是存储各种数据和程序，通常采用具有两种稳定状态(分别表示为“0”和“1”)的物理器件(存储单元)来实现存储功能。具有电致电阻转变性质的材料具有高阻、低阻双稳态阻值状态，可以利用这些材料的双稳态阻值状态实现数据信息的存储，通过测量材料的阻值状态，可以实现存储器件所存储的数据信息的读出。

随着大数据时代来临，各行业数据规模呈爆发式增长，拥有高价值数据源在大数据产业链中占有至关重要的核心地位。若重要信息丢失或者被窃取，则将造成不可预估的损失。因此，数据加密和信息安全存储成为人们关注的核心问题和焦点。

发明内容

本发明人对具有“底电极/介质层/顶电极”三明治结构的电致电阻转变功能单元进行研究，发现：当底电极与顶电极中的一个电极选用室温磁性导电材料，另一个电极选用非磁性导电材料，介质层选用具有电致电阻转变性质的非磁性材料时，在底电极与顶电极之间施加不同方向的电压，可以控制不同成分的纳米导电细丝的形成与断开，实现功能单元在低阻态与高阻态之间的切换，具体如下：

一、施加正向电压，即将室温磁性导电材料构成的电极接地，非磁性导电材料构成的电极施加正电压

(a)将室温磁性导电材料构成的电极接地，非磁性导电材料构成的电极施加正电压；设定第一预设正向电压值，设定第一预设电流值，并且0第一预设电流值器件的最大耐受电流值；在第一预设正向电压值范围内逐渐增大电压，当电压值大于或者等于特定电压值时，电流值发生突变，达到或者超过第一预设电流值，本发明中称该特定电压值为第一临界增高电压值；

此过程中，由非磁性导电材料构成的电极中的离子或者介质层中的离子发生迁移及氧化还原反应，形成连通底电极和顶电极的非磁性纳米导电通道，本文中将该纳米导电通道称为“非磁性纳米导电细丝”，器件处于低阻态；

此时，当撤去对非磁性导电材料构成的电极所施加的正电压，器件保持低阻态。

(b)将室温磁性导电材料构成的电极继续接地，非磁性导电材料构成的电极施加正电压，在器件的最大耐受电流值范围之内不限制电流，设定第二预设正向电压值，在第二预设正向电压值范围内逐渐增大电压，当电压值大于或者等于特定电压值时，电流值突然减小，本发明中称该特定电压值为第一临界降低电压值；

此过程中，步骤(a)中形成的非磁性纳米导电细丝断开，器件处于高阻态；

(c)重复上述步骤(a)，非磁性纳米导电细丝重新形成，器件再次处于低阻态；然后，重复上述过程(b)，非磁性纳米导电细丝断开，器件重新返回高阻态。

即，器件具有电致电阻转变功能，其电阻可以在高、低阻态之间实现可逆切换，并重复构建非磁性纳米导电细丝。

二、施加反向电压，即将非磁性导电材料构成的电极接地，室温磁性导电材料构成的电极施加正电压