Особенности электроформовки и функционирования мемристоров на основе открытых “сэндвич”-структур TiN–SiO2–Mo

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовались процессы электроформовки и функционирования в вакууме мемристоров (элементов энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти) на основе открытых “сэндвич”-структур TiN–SiO2–Mo. Результаты экспериментов показали, что, во-первых, данные структуры с верхним молибденовым электродом характеризуются более высокими величинами начальной проводимости, чем ранее исследованные структуры TiN–SiO2–W. Во-вторых, для структур с Mo оказалось возможным снижение напряжения электроформовки до величин 6–8 В, что практически в два раза ниже, чем для структур с W в тех же экспериментальных условиях. Это повышает надежность функционирования элементов памяти, минимизируя вероятность пробоя. Эксперименты с предварительным термическим отжигом открытых “сэндвич”-структур TiN–SiO2–Mo в безмасляном вакууме показали, что при этом в структурах сохранялась высокая начальная проводимость, но уже не проходила полноценная электроформовка. На основании полученных результатов был предложен механизм появления высокой встроенной проводимости для открытых “сэндвич”-структур TiN–SiO2–Mo, в основе которого лежит перенос атомов молибдена через травитель на открытый торец SiO2 при его формировании.

Об авторах

Е. С. Горлачев

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: egorlachev@yandex.ru
Россия, Ярославль

В. М. Мордвинцев

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Email: egorlachev@yandex.ru
Россия, Ярославль

С. Е. Кудрявцев

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Email: egorlachev@yandex.ru
Россия, Ярославль

Список литературы

  1. Chua L. Resistance switching memories are memristors // Appl. Phys. A. 2011. V. 102. P. 765–783.
  2. Yang J.J., Strukov D. B., Stewart D.R. Memristive devices for computing // Nat. Nanotechnol. 2013. V. 8. P. 13–24.
  3. Abunahla H., Mohammad B. Memristor Device Overview. In: Memristor Technology: Synthesis and Modeling for Sensing and Security Applications. Analog Circuits and Signal Processing. Cham: Springer, 2018. 106 p.
  4. Fadeev A.V., Rudenko K.V. To the issue of the memristor’s HRS and LRS states degradation and data retention time // Russ. Microelectron. 2021. V. 50. No. 5. P. 311–325.
  5. Sung C., Hwang H., Yoo I.K. Perspective: A review on memristive hardware for neuromorphic computation // J. Appl. Phys. 2018. V. 124. P. 151903-1-13.
  6. Ielmini D., Wang Z., Liu Y. Brain-inspired computing via memory device physics // APL Mater. 2021. V. 9. P. 050702-1-21.
  7. Huang Y., Kiani F., Ye F., Xia Q. From memristive devices to neuromorphic systems // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 122. P. 110501-1-8.
  8. Kumar D., Aluguri R., Chand U., Tseng T.Y. Metal oxide resistive switching memory: Materials, properties and switching mechanisms // Ceram. Int. 2017. V. 43. P. S547—S556.
  9. Prasad O.K., Chandrasekaran S., Chung C.-H., Chang K.-M., Simanjuntak F.M. Annealing induced cation diffusion in TaOx-based memristor and its compatibility for back-end-of-line post-processing // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 121. P. 233505-1-6.
  10. Koroleva A.A., Kuzmichev D.S., Kozodaev M.G., Zabrosaev I.V., Korostylev E.V., Markeev A.M. CMOS-compatible self-aligned 3D memristive elements for reservoir computing systems // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 122. P. 022905-1-7.
  11. Isaev A.G., Permyakova O.O., Rogozhin A.E. Oxide memristors for ReRAM: Approaches, characteristics, and structures // Russ. Microelectron. 2023. V. 52. No. 2. P. 74–98.
  12. Liu P., Luo H., Yin X., Wang X., He X., Zhu J., Xue H., Mao W., Pu Y. A memristor based on two-dimensional MoSe2/MoS2 heterojunction for synaptic device application // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 121. P. 233501-1-7.
  13. Wang Y., Chen Y.-T., Xue F., Zhou F., Chang Y.-F., Fowler B., Lee J.C. Memory switching properties of e-beam evaporated SiOx on N++ Si substrate // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 100. P. 083502-1-3.
  14. Захаров П.С., Итальянцев А.Г. Эффект переключения электрической проводимости в структурах металл—диэлектрик—металл на основе нестехиометрического оксида кремния // Труды МФТИ. 2015. Т. 7. № 2. С. 113–118.
  15. Тихов C.B., Горшков О.Н., Антонов И.Н., Касаткин А.П., Королев Д.С., Белов А.И., Михайлов А.Н., Тетельбаум Д.И. Изменение иммитанса при электроформовке и резистивном переключении в мемристивных структурах “металл—диэлектрик—металл” на основе SiOx // ЖТФ. 2016. Т. 86. Вып. 5. С. 107–111.
  16. Mehonic A., Shluger A.L., Gao D., Valov I., Miranda E., Ielmini D., Bricalli A., Ambrosi E., Li C., Yang J.J., Xia Q., Kenyon A.J. Silicon oxide (SiOx): A promising material for resistance switching? // Adv. Mater. 2018. P. 1801187-1-21.
  17. Wen X., Tang W., Lin Z., Peng X., Tang Z., Hou L. Solution-processed small-molecular organic memristor with a very low resistive switching set voltage of 0.38 V // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 122. P. 173301-1-6.
  18. Мордвинцев В.М., Кудрявцев С.Е., Левин В.Л. Электроформовка как процесс самоформирования проводящих наноструктур для элементов энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4. № 1–2. С. 174–182.
  19. Мордвинцев В.М., Кудрявцев С.Е., Левин В.Л. Высокостабильная энергонезависимая электрически перепрограммируемая память на самоформирующихся проводящих наноструктурах // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4. № 1–2. С. 183–191.
  20. Mordvintsev V.M., Kudryavtsev S.E. Investigation of electrical characteristics of memory cells based on self-forming conducting nanostructures in a form of the TiN—SiO2—W open sandwich structure // Russ. Microelectron. 2013. V. 42. No. 2. P. 68–78.
  21. Mordvintsev V.M., Gorlachev E.S., Kudryavtsev S.E., Levin V.L. Influence of oxygen pressure on switching in memoristors based on electromoformed open sandwich structures // Russ. Microelectron. 2020. V. 49. No. 4. P. 269–277.
  22. Mordvintsev V.M., Gorlachev E.S., Kudryavtsev S.E. Effect of the electroformation conditions on the switching stability of memristors based on open “sandwich” structures in an oxygen medium // Russ. Microelectron. 2021. V. 50. No. 3. P. 146–154.
  23. Mordvintsev V.M., Gorlachev E.S., Kudryavtsev S.E. A mechanism for the formation of a conducting medium in memristers based on electroformed open sandwich MDM structures // Russ. Microelectron. 2022. V. 51. No. 4. P. 255–263.
  24. Mordvintsev V.M., Kudryavtsev S.E., Naumov V.V., Gorlachev E.S. Effect of the material of electrodes on electroformation and properties of memristors based on open metal — SiO2—metal sandwich structures // Russ. Microelectron. 2023. V. 52. No. 5. P. 419–428.
  25. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1974. 472 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение открытой “сэндвич”-МДМ-структуры после выполнения электроформовки: 1 — нижний электрод (TiN); 2 — диэлектрик (SiO2) толщиной около 20 нм; 3 — верхний электрод (катод) (Mo, W, TiN); 4 — проводящая наноструктура; 5 — изолирующий зазор с переменной шириной h ≈ 1 нм

Скачать (110KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Типичные ВАХ открытой “сэндвич”-структуры TiN–SiO2–Mo при подаче треугольного импульса с амплитудой 10 В: а — исходное “включенное” состояние; б — успешная электроформовка той же структуры после ее выключения коротким импульсом амплитудой 8 В; в — после приработки структуры импульсом амплитудой 10 В

Скачать (183KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Типичная ВАХ процесса электроформовки открытой “сэндвич”-структуры TiN—SiO2—Mo при отсутствии исходного “включенного” состояния и амплитуде треугольного импульса 10 В

Скачать (82KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Типичная ВАХ открытой “сэндвич”-структуры TiN–SiO2–Mo после отжига в высоком безмасляном вакууме 200°C в течение 60 мин и выключения ее коротким импульсом напряжения амплитудой 9 В

Скачать (78KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Типичная ВАХ процесса электроформовки открытой “сэндвич”-структуры TiN–SiO2–Mo при амплитуде треугольного импульса 8 В

Скачать (77KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Вольтамперная характеристика процесса электроформовки открытой “сэндвич”-структуры TiN—SiO2—Mo при амплитуде треугольного импульса 6 В

Скачать (67KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах