Pengaruh Bilayer CeO2−x/ZnO dan ZnO/CeO2−x Struktur Heterostruktur dan Polaritas Elektroform pada Sifat Pengalihan Memori Non-Volatil

Hasil dan Diskusi

Gambar 1a, b menunjukkan konfigurasi skematik bilayer Ti/CeO₂ /ZnO/Pt dan Ti/ZnO/CeO₂ /Pt perangkat memori heterostruktur, masing-masing. Gambar 2a–d menunjukkan tegangan arus tipikal (I -V ) kurva Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt dan Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur, juga termasuk proses pembentukan listrik awal, yang menunjukkan karakteristik khas RS bipolar. Ketika sapuan + 2 V diterapkan ke TE, lonjakan arus tiba-tiba terjadi pada 0,6 V yang menunjukkan pembentukan jalur konduksi antara dua elektroda (Gbr. 2a). Perangkat tetap dalam keadaan ON (LRS) setelah tegangan elektroforming positif dihilangkan. Gambar 2a juga menampilkan bahwa perangkat berhasil beralih kembali ke HRS dengan sapuan tegangan negatif dari 0 hingga 1 V, dan ke LRS lagi dengan sapuan tegangan positif dari 0 hingga + 1 V. Polaritas yang berlawanan, yaitu tegangan elektroforming negatif, juga disediakan untuk mengaktifkan/memulai perilaku switching dalam sel memori heterostruktur yang sama. Dalam hal ini, ketika sapuan 0 hingga 8 V diterapkan ke TE, resistansi perangkat menunjukkan penurunan tiba-tiba pada 5,6 V, sehingga mengubahnya ON dari keadaan OFF yang disebut pembentukan elektro negatif (Gbr. 2b). Setelah elektroforming negatif, perangkat gagal RESET positif dan SET negatif karena kerusakan yang tidak dapat diubah. Perlu dicatat bahwa tegangan pembentukan listrik negatif yang jauh lebih tinggi diperlukan untuk memulai karakteristik RS daripada tegangan pembentukan listrik positif. Namun, setelah elektroforming negatif, tidak ada histeresis switching yang diamati, karena perangkat tetap dalam keadaan ON terlepas dari penerapan tegangan SET dan RESET; fakta ini menunjukkan pembentukan filamen konduktif permanen selama proses elektroforming. Kerusakan ireversibel selama elektroforming negatif mungkin dihasilkan dari ketinggian penghalang tunneling yang berbeda yang diprakarsai oleh perbedaan fungsi kerja elektroda atas dan bawah [21]. Hasil ini menunjukkan bahwa perangkat dengan Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt heterostruktur dapat cocok untuk karakteristik non-volatil hanya jika elektroform dengan polaritas positif, diikuti oleh polaritas negatif dan positif dari operasi RESET dan SET yang sesuai. Satu-satunya perbedaan antara yang kedua (Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt) dan pertama (Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt) perangkat adalah posisi lapisan isolasi dalam heterostruktur sandwich. Itu sebabnya perangkat dengan Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt heterostruktur juga dapat dielektroform pada polaritas positif dan negatif dari potensial bias seperti halnya Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt perangkat heterostruktur. Gambar 2c menunjukkan tipikal bipolar I-V kurva untuk elektroforming positif dan perilaku switching berikutnya. Dengan sapuan 0 hingga + 4 V, perangkat dielektroform untuk mengubahnya ke status ON (perubahan resistansi yang tiba-tiba pada + 3 V) seperti yang diilustrasikan oleh Gbr. 2c. Perangkat kemudian AKTIF di bawah + 2 V (SET positif) dan MATI pada 1,5 V (RESET negatif) selama siklus pengalihan berulang. Demikian pula, perangkat dengan elektrostruktur heterostruktur yang sama yang dielektroform secara negatif (pada 3,5 V) menunjukkan RESET positif (pada + 1,5 V) dan SET negatif (pada 2,5 V) seperti yang terlihat dari Gambar 2d. Untuk melindungi kedua perangkat dari kerusakan permanen, kepatuhan saat ini sebesar 1 mA diterapkan selama proses elektroforming dan SET.

Konfigurasi skema dari bilayer a Ti/CeO₂ /ZnO/Pt dan b Ti/ZnO/CeO₂ /Pt perangkat

Perangkat menggambarkan perilaku bipolar yang khas. a Pembentukan positif (+ve) dan operasi switching selanjutnya dan b operasi pembentukan dan switching negatif (−ve) dari Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt heterostruktur. c +ve membentuk dan mengubah operasi dan d ve membentuk dan mengubah operasi Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori. Panah menunjukkan pengalihan arah

Untuk memeriksa keseragaman parameter switching untuk kedua perangkat memori heterostruktur, probabilitas kumulatif tegangan operasional (tegangan SET dan RESET) yang dicatat dalam berbagai siklus switching ditampilkan pada Gambar 3a, b. Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt perangkat memori heterostruktur menunjukkan variasi tegangan SET dan RESET yang relatif lebih sempit dibandingkan dengan Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur. Gambar 3c, d mengungkapkan analisis statistik rata-rata SET, RESET, dan tegangan elektroforming dari kedua perangkat memori heterostruktur. Ti/CeO_2−x Perangkat /ZnO/Pt ternyata membutuhkan tegangan elektroforming yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan yang dibutuhkan untuk Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur, tetapi tegangan SET dan RESET hanya menunjukkan sedikit variasi. Fluktuasi yang lebih kecil dalam tegangan operasi kedua perangkat mungkin terkait dengan pembuatan dan pecahnya filamen yang terjadi pada antarmuka. Liu dkk. [22] menyarankan bahwa tegangan SET/RESET rendah dan keseragaman switching dicatat dalam WO_x /NbO_x struktur bilayer dapat dikaitkan dengan efek gabungan dari migrasi oksigen antara dua lapisan oksida dan transisi logam-isolator. Sebagai energi bebas Gibbs G pembentukan oksida untuk ZnO dan CeO_x memiliki perbedaan besar sekitar 706 kJ/mol (untuk CeO₂ , G = − 1024 kJ/mol dan untuk ZnO adalah 318.52 kJ/mol) dan terjadi efek pemanasan lokal, pertukaran oksigen diinduksi. Diketahui bahwa lapisan tipis ZnO memiliki banyak kekosongan oksigen karena energi formasi yang rendah [23]. Juga, banyak kekosongan oksigen awal yang ada di lapisan ZnO memainkan peran utama dalam konduksi melalui perangkap dangkal [24]. Selain itu, dinyatakan bahwa fenomena pembentukan bebas dalam perangkat berbasis ZnO mungkin disebabkan oleh konsentrasi tinggi kekosongan oksigen yang sudah ada dalam kristal ZnO [25]. Dari semua fakta di atas, dapat disimpulkan bahwa dengan adanya film ZnO yang memiliki banyak kekosongan oksigen pada kedua perangkat heterostruktur (ZnO/CeO_2−x dan CeO_2−x /ZnO) memainkan karakter penting dalam pengurangan tegangan operasional. Kekosongan oksigen dalam ZnO mungkin bertindak sebagai perangkap dangkal untuk elektron dan elektron di lokasi perangkap ini dapat dengan mudah terperangkap atau dilepaskan pada nilai tegangan SET dan RESET yang kecil.

Distribusi probabilitas kumulatif siklus-ke-siklus dari tegangan operasional di a Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt dan b Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur. c Analisis statistik tegangan SET dan RESET Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt dan Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur. d Evaluasi statistik tegangan elektroforming untuk kedua Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt dan Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur

Untuk menyelidiki keandalan kedua perangkat heterostruktur, tes ketahanan pada polaritas yang berbeda dari potensi biasing dilakukan. Nilai resistansi HRS dan LRS diperoleh pada 0,2 V dari siklus switching daya tahan DC. Gambar 4a menjelaskan karakteristik daya tahan Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt perangkat memori heterostruktur. Terlihat bahwa Ti/CeO terelektroform positif₂ /ZnO/Pt perangkat memori heterostruktur menunjukkan daya tahan yang baik dengan jendela memori ~ 10 yang dapat memastikan HRS dan LRS yang dapat dibedakan dengan jelas. Pembentukan penghalang Schottky pada Ti/CeO_2−x antarmuka ini karena perbedaan fungsi kerja antara Ti TE dan lapisan CeO yang berdekatan_2−x , yang mengarah ke properti RS yang baik. Ketika perangkat heterostruktur yang sama (Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt) dielektroform secara negatif, perangkat tidak dapat diubah dari LRS ke HRS seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4b. Gambar 4c mengilustrasikan karakteristik daya tahan Ti/ZnO/CeO yang dielektroform positif_2−x /Perangkat memori heterostruktur Pt menunjukkan properti daya tahan yang sangat buruk. Jendela memori tampaknya hampir runtuh membuat status ON dan OFF praktis tidak dapat dibedakan. Fakta ini dapat dikaitkan dengan ketidakmampuan ZnO untuk menangkap pembawa yang disuntikkan karena adanya konsentrasi kekosongan yang tinggi, yang membuat jalur konduksi menuju Ti TE karena tidak ada penghalang yang terbentuk pada antarmuka Ti/ZnO karena perbedaan fungsi kerja yang dapat diabaikan antara Ti (4,33 eV) dan ZnO (4,35 eV), dan ini menyebabkan daya tahan yang buruk [26]. Alasan lain mungkin kepadatan tinggi cacat dalam ZnO/CeO_2−x matriks dibuat di bawah medan listrik yang kuat, karena migrasi kekosongan oksigen secara signifikan ditingkatkan sepanjang cacat diperpanjang. Selain itu, kekosongan oksigen bermuatan positif yang dipisahkan di lokasi cacat meningkatkan status kerapatan permukaan, yang mengakibatkan runtuhnya rasio ON/OFF. Ini menunjukkan bahwa ketika kontak pemblokiran Ti/ZnO terbentuk, level Fermi sejajar satu sama lain karena pergerakan elektron dari Ti ke ZnO. Akibatnya, mayoritas pembawa berkumpul di permukaan lapisan oksida dan hampir tidak ada penghalang yang terbentuk [26]. Gambar 4d menunjukkan karakteristik daya tahan yang jauh lebih baik dari Ti/ZnO/CeO yang terbentuk secara negatif_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur dibandingkan dengan perangkat yang terbentuk secara positif. Zhu dkk. [27] membuat tiga jenis perangkat yang berbeda:(i) Ag/ZnO/NSTO/In, (ii) Ag/CeO₂ /NSTO/In, dan (iii) Ag/CeO₂ /ZnO/NSTO/Dalam. Perangkat bilayer (CeO_2−x /ZnO), dibandingkan dengan lapisan tunggal, menunjukkan perilaku RS yang lebih baik dengan retensi data sekitar 10 tahun. Mereka mengaitkan karakteristik RS yang lebih baik dari heterostruktur bilayer dengan penghalang antarmuka antara CeO_2−x /Struktur bilayer ZnO dan keberadaan sejumlah besar kekosongan yang bertindak sebagai pusat perangkap dalam film ZnO.

Karakteristik daya tahan a elektroform positif dan b Ti/CeO bentuk elektro negatif_2−x /ZnO/Pt perangkat memori heterostruktur. c Elektroform positif dan d elektroform negatif Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur

Performa retensi dari kedua CeO_2−x /ZnO dan ZnO/CeO_2−x heterostruktur bilayer juga diselidiki. Waktu retensi dari kedua perangkat heterostruktur diukur pada suhu kamar dengan tegangan pembacaan 0,2 V seperti yang terlihat dari Gambar 5a, b. Tidak ada daya listrik yang diperlukan untuk mempertahankan resistansi konstan pada keadaan tertentu. Hingga waktu retensi 10 ⁴ s, resistensi HRS dan LRS tidak menunjukkan tanda-tanda penurunan sama sekali, menyiratkan bahwa informasi yang disimpan di kedua perangkat heterostruktur dapat disimpan lebih lama dari 10 ⁴ s.

Karakteristik retensi a Ti/CeO berbentuk elektro positif_2−x /ZnO/Pt perangkat memori heterostruktur dan b elektroform negatif Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur pada suhu kamar

Untuk menyelidiki tentang mekanisme konduksi yang berlaku di wilayah medan tinggi dari kedua perangkat memori heterostruktur, prosedur pemasangan kurva dilakukan di bawah positif (untuk CeO_2−x /ZnO) dan negatif (untuk ZnO/CeO_2−x ) polaritas potensial bias. Gambar 6a, b menjelaskan bahwa penyesuaian kurva linier ke data eksperimen sangat selaras dengan perilaku emisi Schottky untuk kedua perangkat heterostruktur dalam polaritas bias masing-masing. Emisi Schottky diketahui terjadi ketika elektroda menyuntikkan elektron yang diaktifkan secara termal melintasi penghalang ke pita konduksi isolator, sehingga disebut mekanisme terbatas elektroda. Umumnya, emisi Schottky muncul ketika kontak elektroda sangat pembawa injektif. Relasi linier dari ln(I ) vs. V menunjukkan bahwa elektron telah mencapai jumlah energi yang cukup untuk menaklukkan penghalang energi. Konduksi ohmik (arus sebanding dengan tegangan yang diberikan) yang terjadi pada daerah medan rendah menunjukkan bahwa arus mengalir karena elektron yang dihasilkan secara termal (hasil tidak ditampilkan di sini). Model emisi Schottky biasanya dapat digambarkan dengan persamaan bentuk [28]:\( \ln (J)=\ln {A}^{\ast }{T}^2-q\left({\varPhi} _b-\sqrt{\frac{qV}{4\pi {\varepsilon}_o{\varepsilon}_rd}}\ \right)/{k}_BT \), di mana J adalah rapat arus, A * adalah konstanta Richardson, T adalah suhu, q adalah muatan listrik, V adalah tegangan eklektik, ε _r adalah konstanta dielektrik, ε _o adalah permitivitas ruang bebas, d adalah ketebalan film, dan k _B adalah konstanta Boltzmann. Selanjutnya, nilai resistansi LRS dan HRS yang bergantung pada suhu diukur pada tegangan 0,2 V dalam kisaran suhu 200–300 K untuk kedua CeO_2−x /ZnO dan ZnO/CeO_2−x perangkat memori heterostruktur seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6c, d. Dapat diperhatikan bahwa sifat transpor listrik dari kedua perangkat heterostruktur dalam keadaan resistansi rendah bersifat logam, yaitu, resistansi dalam LRS meningkat dengan meningkatnya suhu. Berbeda dengan ini, sifat transpor listrik untuk kedua perangkat di HRS bersifat semikonduktor, yaitu, resistansi dalam HRS menurun dengan meningkatnya suhu. Nilai energi aktivasi (E _a ) diperoleh dari plot Arrhenius dari LRS dari kedua perangkat heterostruktur (hasil tidak ditampilkan) adalah ~ 0,092 eV, dan sebanding dengan energi ionisasi pertama kekosongan oksigen (~ 0,1 eV) [25, 26, 29], yang menunjukkan bahwa yang pertama ionisasi kekosongan oksigen bertanggung jawab atas konduksi di HRS, yang selanjutnya menegaskan dominasi emisi Schottky sebagai mekanisme konduksi operatif di HRS. Perilaku logam di LRS dan perilaku semikonduktor di HRS dari kedua perangkat heterostruktur memberikan bukti yang cukup dalam mendukung perilaku switching di Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt dan Ti//ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur yang dapat dikaitkan dengan mekanisme filamen konduktif berbasis lowongan oksigen.

logI-V ^1/2 karakteristik dalam HRS dari SET-state. a Untuk Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt. b Untuk Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur. Ketergantungan suhu LRS dan HRS c Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt dan d Ti//ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur

Gambar 7 menjelaskan diagram pita energi yang diusulkan untuk CeO₂ dan bahan semikonduktor tipe n-n ZnO dalam keadaan tunak. Perbedaan antara fungsi kerja ZnO (4,35 eV) dan CeO₂ (3,33 eV) sama dengan 1,02 eV untuk transisi elektronik yang sama pada kekosongan oksigen [30]. Fungsi kerja yang lebih rendah dari CeO₂ (3,33 eV) dibandingkan ZnO (4,35 eV) memungkinkan pergerakan elektron dari CeO₂ menjadi ZnO, sehingga meningkatkan konsentrasinya dalam matriks.

Diagram pita energi CeO₂ dan bahan semikonduktor tipe-n ZnO

Menurut penelitian kami sebelumnya [31], karakteristik RS lapisan tunggal Ti/CeO_2−x Perangkat /Pt dikaitkan dengan pembentukan lapisan antarmuka TiO yang memainkan karakter kunci dalam pembuatan dan pemutusan jalur filamen konduktif. Warule dkk. mengusulkan bahwa perilaku RS dalam perangkat Ti/ZnO/Pt diinduksi oleh penciptaan dan pemutusan filamen konduktif berbasis kekosongan oksigen [32]. Selain itu, fenomena bebas pembentukan pada perangkat Ti/ZnO/Pt terkait dengan keberadaan sejumlah besar kekosongan oksigen dalam perangkat Ti/ZnO/Pt yang telah disiapkan [32,33,34]. Penghalang Schottky pada antarmuka ZnO/Pt dapat dihilangkan dengan adanya kekosongan oksigen dalam jumlah yang memadai dalam film ZnO, yang menghasilkan kontak Ohmik pada antarmuka ZnO/Pt. Dengan demikian, pembentukan lapisan antarmuka TiO dapat dikaitkan dengan efek RS pada lapisan ganda ZnO/CeO_2−x dan CeO_2−x /ZnO heterostruktur. Telah diketahui bahwa Ti adalah logam yang sangat reaktif dengan oksigen atmosfer:oleh karena itu, ia dapat dengan mudah membentuk lapisan TiO pada antarmuka Ti/oksida [35]. Dalam Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt perangkat memori heterostruktur, ZnO adalah semikonduktor tipe-n dan mengandung banyak kekosongan oksigen di dalamnya, sehingga kontak Ohmik terbentuk pada antarmuka Ti/ZnO [36]. Karena Ti dan ZnO memiliki fungsi kerja yang hampir sama, maka Ti tidak dapat mengekstraksi ion oksigen dari ZnO untuk membuat lapisan antarmuka TiO. Telah dilaporkan bahwa ion oksigen non-kisi dan oksigen terkait dengan cacat kisi ada di film ZnO [37]. Karena pengendapan ceria (CeO₂ ) dengan RF sputtering pada suhu kamar, membuat CeO₂ film adalah polikristalin di alam. Jadi film ceria dapat menjadi non-stoikiometrik seperti yang telah kami buktikan dalam penelitian kami sebelumnya bahwa ceria direduksi menjadi CeO_2−x [12]. Hu dkk. [17] juga melaporkan pengurangan CeO₂ selama deposisi ke CeO_2−x . Cacat pada CeO_2−x film tidak cukup untuk memobilisasi ion oksigen. Oleh karena itu, CeO_2−x Lapisan ini berfungsi sebagai reservoir oksigen di Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt heterostruktur. Energi Gibb untuk pembentukan CeO₂ jauh lebih kecil (− 1024 kJ/mol) daripada ZnO (− 318.52 kJ/mol) seperti yang dijelaskan sebelumnya, jadi ada oksigen non-kisi dalam ZnO karena sifatnya yang non-stoikiometri, yang bergerak ke arah CeO₂ lapisan bahkan tanpa adanya bias eksternal [37]. Oleh karena itu, ketika Ti TE diendapkan pada ZnO, diharapkan tidak ada lapisan antarmuka yang terbentuk antara Ti dan ZnO, meskipun energi Gibbs pembentukan TiO lebih kecil daripada ZnO. Ketika tegangan positif diterapkan ke TE, ion oksigen tertarik ke arah CeO_2−x /Pt antarmuka dan filamen konduktif dihasilkan dengan kekosongan oksigen karena kemampuan drift dan pengaturan garisnya.

Sebaliknya, di Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt perangkat memori heterostruktur, lapisan TiO antarmuka yang sangat tipis terbentuk pada Ti/CeO_2−x antarmuka yang jelas dari gambar HRTEM (Gbr. 1c) dan seperti yang disarankan oleh penelitian kami sebelumnya [37]. Energi Gibbs pembentukan TiO (− 944 kJ/mol) relatif lebih besar daripada CeO_2−x (− 1024 kJ/mol); karenanya, meskipun Ti karena afinitas oksigennya yang tinggi menangkap ion oksigen dari CeO_2−x untuk membentuk lapisan TiO antar muka, sebagian ion oksigen kembali ke CeO_2−x lapisan dengan tidak adanya / adanya medan negatif eksternal [38]. Energi Gibbs pembentukan oksida untuk TiO dan ZnO berturut-turut adalah 944 kJ/mol dan 318,52 kJ/mol. Dengan demikian, energi pembentukan oksida Gibbs dapat diperoleh untuk (1/2)CeO₂ = − 512 kJ/mol. Dibandingkan dengan ZnO, afinitas oksigen Ce sedikit lebih tinggi daripada Zn sehingga ion oksigen berdifusi dari ZnO ke CeO_2−x lapisan dan kemudian ke lapisan TiO dari mana ion-ion ini dapat bermigrasi ke TE, meninggalkan kekosongan oksigen di lapisan oksida. Akibatnya, semua ion oksigen berkumpul di antarmuka atas dan filamen konduksi dengan kekosongan oksigen terbentuk di antara elektroda. Dengan adanya polaritas bias yang berlawanan, ion oksigen dikirim kembali ke lapisan oksida, menghasilkan pengisian kekosongan oksigen yang menyebabkan pecahnya filamen.

Fungsi kerja elektroda Ti atas dan elektroda Pt bawah adalah masing-masing 4,33 dan 5,65 eV [39]. Afinitas elektron dan fungsi kerja ZnO (3,37 eV dan 4,35 eV) lebih tinggi daripada CeO₂ (3,50 eV dan 3,2 eV) [40]. Jadi penghalang energi di ZnO/CeO_2−x antarmuka diharapkan, seperti penghalang Schottky. Dalam rezim tegangan positif, elektron tidak dapat dengan mudah disuntikkan melalui cacat pada CeO₂ oleh elektroda bawah Pt ke lapisan ZnO karena fungsi kerja ZnO lebih tinggi dari CeO₂ . Itulah sebabnya mengapa elektron kurang mampu berpindah dari ZnO ke elektroda atas Ti, karena Ti tidak dapat menarik ion oksigen dari ZnO karena fungsi kerjanya yang serupa. Ketinggian penghalang di bagian atas Ti/ZnO dan CeO_2−x /Pt antarmuka bawah masing-masing 0,05 eV dan 2,45 eV, ketinggian penghalang di CeO₂ /Pt antarmuka bawah lebih tinggi sehingga elektron tidak dapat dipicu dengan mudah dari logam ke dielektrik, yang menghasilkan pembentukan penghalang Schottky di antarmuka bawah [41].

Namun, ketinggian penghalang antarmuka Ti/ZnO atas dapat diabaikan kecil karena fungsi kerja yang serupa, tetapi jauh lebih tinggi di bagian bawah CeO_2−x /Pt antarmuka itulah sebabnya polaritas medan bias tidak cukup untuk menyeimbangkan ketinggian penghalang dari dua antarmuka; akibatnya, karakteristik daya tahan dan switching Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt heterostruktur tidak begitu baik pada polaritas positif dari bias yang diterapkan. Ketika sapuan tegangan negatif diterapkan pada elektroda atas Ti, injeksi elektron dari Ti TE tidak dapat mengontrol penghalang pada antarmuka Ti/ZnO karena tidak ada penghalang Schottky yang terbentuk pada antarmuka Ti/ZnO atas pada antarmuka Ti/ZnO/CeO _2−x /Pt heterostruktur seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8a, b.

Diagram skema untuk offset pita konduksi a , b Ti/ZnO/CeO_2−x /Pt dan c , d Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt perangkat memori heterostruktur. Arrows represent electrons drift direction according to switching polarities

In the positive voltage region, on the other hand, electrons can be easily injected through the defects in ZnO from Pt electrode to the CeO_2−x lapisan. These electrons are then drifted from CeO_2−x layer to Ti top electrode. The barrier heights of top Ti/CeO_2−x (1.13 eV) and bottom ZnO/Pt (2.28 eV) interfaces suggest a Schottky emission as shown in Fig. 8c, d. When a negative voltage is swept to Ti top electrode, electron injection from top electrode is controlled by this Schottky barrier at Ti/CeO_2−x interface, because trapping and de-trapping phenomena can easily occur at the lower barrier (1.13 eV). Oxygen ions can be migrated to Ti/CeO_2−x interface by applying a positive voltage. The RS mechanism in Ti/CeO_2−x /ZnO/Pt heterostructure memory device can be explained by the creation and dissolution of conducting filaments with oxygen vacancies in the oxide layers [41]. It means that oxygen ions can thus move back and forth between Ti/CeO_2−x interface and oxide layers by two opposite polarities of the external bias. When a positive voltage is swept on Ti electrode, oxygen ions are drifted from CeO_2−x /ZnO to Ti/CeO_2−x antarmuka. The conducting filaments with oxygen vacancies are formed in the oxide layer, and consequently, resistance state is switched from OFF- (HRS) to ON-state (LRS). When a negative voltage is swept on Ti TE, process of de-trapping is started and oxygen ions gathered at Ti/CeO_2−x interface are moved back toward the bottom electrode. The conducting filaments are ruptured due to the migration of oxygen ions. The device is thus switched back again into HRS. Based on the current results, we have investigated the effect of device heterostructure such as CeO_2−x /ZnO and ZnO/CeO_2−x and electroforming polarity on resistive switching parameters for possible applications in resistive random access memory devices. We have noticed that both device structures and their electroforming polarity pose significant influence on switching parameters such as electroforming voltage, memory window, and uniformity in SET/RESET voltages. However, more attention is needed to achieve faster programing/erasing time, higher scalability, electroforming-free, and low cast devices in future research. In particular, work is needed in choosing suitable electrode material, utilizing either nanocrystals or metal ions embedded in an insulating layer and fabricating device on buffer layer structures.