Memori Resistif ZrO2/ZrO2 − x /ZrO2 Bebas Kepatuhan dengan Perilaku Pengalihan Multistatis Antarmuka yang Dapat Dikontrol
Abstrak
Transformasi yang dapat dikontrol dari mode peralihan antarmuka ke filamen disajikan pada ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 memori resistif tiga lapis. Dua mode switching diselidiki dengan kemungkinan mekanisme switching dan transformasi yang diusulkan. Modulasi resistivitas ZrO2 − x lapisan diusulkan untuk bertanggung jawab untuk switching dalam mode switching antarmuka melalui injeksi/retraksi ion oksigen. Peralihan ini bebas kepatuhan karena resistor seri intrinsik oleh filamen yang dibentuk di ZrO2 lapisan. Dengan menyetel RESET tegangan, memori multistatus yang dapat dikontrol dan stabil dapat dicapai yang dengan jelas menunjukkan kemampuan mengembangkan memori performa tinggi multistatus generasi berikutnya.
Latar Belakang
Pengembangan memori non-volatile yang lebih padat, lebih cepat, dan lebih hemat energi sangat penting bagi inovasi dalam teknologi informasi modern [1, 2]. Sementara banyak pesaing telah muncul untuk menjadi generasi berikutnya dari perangkat memori, memori akses acak resistif (RRAM) berdasarkan oksida logam adalah salah satu kandidat yang paling menjanjikan untuk keunggulan kecepatan tinggi, skalabilitas tinggi, konsumsi daya rendah dan kompatibilitas yang baik dengan Proses CMOS [3]. Meskipun mekanisme switching rinci dari memori resistif masih belum pasti, diterima secara luas bahwa migrasi kekosongan oksigen di bawah medan listrik yang diterapkan memainkan peran kunci dalam perilaku switching [4]. Tergantung pada mekanisme pensaklaran, pensaklaran resistif dapat diklasifikasikan ke dalam mode filamen dan antarmuka (homogen). Mode filamen dicapai dengan pembentukan dan pecahnya filamen kekosongan oksigen antara dua elektroda. Di sisi lain, peralihan resistansi dalam mode antarmuka dikendalikan oleh distribusi kekosongan oksigen di sepanjang antarmuka. Arus dilokalisasi dalam filamen konduktor dalam mode filamen, sementara didistribusikan secara homogen di seluruh area perangkat dalam mode antarmuka [5, 6]. Mode switching resistif yang dicirikan dalam perangkat memori sangat bergantung pada strukturnya. Secara umum, tampilan mode antarmuka dalam sistem berbasis oksida logam bergantung pada keberadaan profil gradien oksigen di sepanjang sumbu vertikal [7, 8]. Baru-baru ini, koeksistensi kedua mode dalam satu sistem material juga telah dilaporkan [9,10,11]. Dengan memodulasi parameter pengukuran, transformasi antara dua mode ini juga dapat dicapai [12]. Namun, peralihan dalam mode antarmuka biasanya dikaitkan dengan perubahan ketinggian penghalang Schottky yang disebabkan oleh proses akumulasi dan penipisan pembawa melalui keadaan cacat pada antarmuka lapisan elektroda / fungsi [7, 9,10,11,12,13, 14,15,16,17,18] daripada efek migrasi kekosongan oksigen pada antarmuka oksida/oksida.
Selama beberapa tahun terakhir, kemajuan luar biasa telah dibuat untuk meningkatkan kepadatan penyimpanan RRAM. Terlepas dari upaya untuk memperkecil dimensi fisik sel memori, memanfaatkan status resistansi menengah (IRS) antara status resistansi tinggi (HRS) dan status resistansi rendah (LRS) untuk mewujudkan penyimpanan multistatus dalam satu sel memori telah menjadi solusi alternatif yang populer [19, 20]. Perilaku penyimpanan multistatus ini penting untuk penyimpanan dengan kepadatan tinggi dan perangkat sinaptik elektronik berbasis oksida [21,22,23]. Penyimpanan multistatus dalam mode switching filamen diwujudkan dengan mengontrol lebar dan/atau jumlah filamen konduktor dengan RESET yang berbeda tegangan atau SET kepatuhan saat ini. Berbagai oksida logam, termasuk TiOx , ZnO, SiOx dan HfO2 , telah menunjukkan perilaku multistate di perangkat RRAM [24,25,26,27]. Penyimpanan multistatus dalam mode peralihan antar muka juga dilaporkan di mana penyesuaian lebar wilayah yang kekurangan oksigen diusulkan untuk bertanggung jawab atas perilaku ini [12, 28]. Namun, kedua mode peralihan memerlukan kepatuhan saat ini di SET proses untuk melindungi perangkat dari kerusakan dan, dalam kasus peralihan filamen, untuk mencapai kondisi resistansi yang lebih rendah berlipat ganda. Persyaratan ini dapat menyebabkan kompleksitas dalam desain sirkuit RRAM. Oleh karena itu, memori resistif bebas kepatuhan dengan perilaku switching multistatus yang dapat dikontrol dapat bermanfaat karena meminimalkan overshoot saat ini selama switching dan memiliki potensi untuk sangat menurunkan biaya fabrikasi [29, 30].
Baru-baru ini, penggunaan ZrO2 sebagai lapisan switching aktif telah menarik perhatian karena stabilitas termodinamika yang tinggi, komposisi sederhana dan kompatibilitas proses semikonduktor [31,32,33]. Selain itu, memasukkan lapisan alien ke dalam ZrO2 film untuk menghasilkan heterostruktur oksida telah terbukti menjadi metode yang efektif untuk meningkatkan karakteristik switching di ZrO2 perangkat berbasis [34, 35]. Dalam karya ini, kami mendemonstrasikan ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 memori resistif berbasis di mana ZrO yang tidak stoikiometrik2 − x lapisan terbentuk di dalam ZrO2 lapisan dengan menyisipkan lapisan Zr. Kedua mode antarmuka dan filamen diamati, dan transformasi yang dapat dikontrol dari antarmuka ke filamen dapat direalisasikan. Karakteristik switching dan kinerja untuk kedua mode diselidiki. Sementara antarmuka oksida/elektroda memiliki efek pada perilaku switching dalam mode filamen, switching dalam mode antarmuka sangat bergantung pada antarmuka oksida/oksida dalam struktur tri-layer. Yang terpenting, peralihan resistif di bawah mode antarmuka menikmati properti bebas kepatuhan bawaan serta perilaku penyimpanan multistatus di bawah RESET yang berbeda tegangan.
Metode
ZrO2 film tipis dibuat dengan sputtering magnetron berbantuan plasma frekuensi menengah (Leybold Optics HELIOS Pro XL) pada suhu kamar. Dalam proses ini, substrat diputar dengan kecepatan 180 rpm untuk memastikan pengendapan yang seragam. Selama setiap rotasi, lapisan tipis Zr pertama kali diendapkan dari target logam Zr (kemurnian 99,99%) menggunakan daya 2000 W dalam atmosfer Ar. Film tipis ini diubah menjadi lapisan oksida dengan melewatkan substrat di bawah O2 plasma dari sumber RF. O2 laju aliran dapat disesuaikan untuk menghasilkan ZrOx film dengan komposisi yang berbeda. Sifat komposisi film yang diendapkan diselidiki menggunakan sinar-X dispersi energi (EDX) di mana mikroskop Zeiss EVO LS 25 yang dilengkapi dengan detektor sinar-X aksi-X Oxford INCA digunakan. Film dengan ketebalan besar 1 m diendapkan langsung ke wafer Si untuk meminimalkan pengaruh dari substrat. Pola difraksi sinar-X (XRD) dikumpulkan dalam insiden penggembalaan (θ = 1°) menggunakan difraktometer Rigaku Smartlab dengan 9-kW Cu–Kα sumber. Data spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) diperoleh menggunakan Sistem Probe Theta ThermoScientific dengan Al–Kα radiasi (energi foton = 1486,6 eV). Profil kedalaman XPS dilakukan dengan menggunakan pistol ion Ar pada tegangan pancaran 3 kV pada area raster 2 × 2 mm. Spesimen mikroskop elektron transmisi (TEM) dibuat menggunakan pemolesan mekanis konvensional diikuti dengan penggilingan ion hingga transparansi elektron menggunakan Ar+ pada 6 keV. Langkah terakhir penggilingan energi rendah dilakukan pada 500 eV. Untuk meminimalkan kerusakan permukaan, struktur dan morfologi sampel dianalisis menggunakan JEOL 2100 TEM yang dilengkapi dengan LaB6 dan JEOL ARM200F TEM/scanning TEM (STEM) dengan meriam Schottky yang keduanya beroperasi pada 200 kV. Pengukuran STEM bidang gelap annular (ADF) dilakukan di ARM200F, dengan korektor CEOS probe dan aberasi gambar. Gambar ADF-STEM diperoleh menggunakan detektor medan annular JEOL dengan arus probe sekitar 23 pA, semi-sudut konvergensi 25 mrad, dan sudut dalam 45-50 mrad. Instrumen Oxford X-Max
N
100TLE windowless silicon drift detector (SSD) digunakan untuk melakukan analisis STEM-EDX.
Perilaku switching resistif dari tri-layer ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 film diselidiki sebagai memori. Film TiN setebal 200 nm secara reaktif tergagap (target Ti dalam N2 atmosfer) ke SiO2 lapisan untuk membentuk elektroda bawah. Ini diikuti oleh sputtering reaktif dari SiO kedua2 lapisan (Si target dalam O2 suasana). Lapisan SiO2 dipolakan untuk membentuk area perangkat aktif dengan fotolitografi dan etsa ion reaktif. Selanjutnya, ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 (20 nm/5 nm/20 nm) tri-layer diendapkan untuk membentuk lapisan switching. Struktur tri-layer diperoleh dengan menghentikan plasma oksigen selama ZrO2 pertumbuhan. ZrO2 lapisan dicapai di bawah O2 laju aliran 20 sccm sedangkan ZrO2 − x lapisan diperoleh dengan mematikan O2 mengalir selama 20 detik. ZrO2 yang identik /ZrO2 − x /ZrO2 tri-layer juga diendapkan pada substrat Si untuk karakterisasi XRD dan XPS. Akhirnya, lapisan TiN 200 nm digabung dan dipola pada lapisan tiga untuk membentuk elektroda atas. Semua pengukuran listrik dilakukan dengan sistem karakterisasi semikonduktor Keithley 4200. Selama pengukuran, bias tegangan pemrograman diterapkan ke elektroda atas, sambil menjaga elektroda bawah ditanahkan. Kontak probe/titik ke elektroda atas dan bawah perangkat diwujudkan melalui sepasang jarum probe Wentworth, menggunakan probe semi-otomatis AVT 702 laboratorium Wentworth. Pengukuran tegangan DC sapuan dilakukan pada laju konstan 0,5 V/s.
Hasil dan Diskusi
Sifat-sifat struktur tri-layer pertama kali diselidiki oleh XRD. Gambar 1 menggambarkan pola XRD dari tri-lapisan yang diendapkan (merah) yang menampilkan dua puncak yang diposisikan pada 28,2° dan 29,8°. Kedua puncak ini dapat ditetapkan ke puncak −111 dari monoklinik ZrO2 fase dan puncak 101 dari ZrO tetragonal2 fase, masing-masing, menunjukkan adanya dua fase. Karakterisasi EDX dan XRD dilakukan pada ZrO tunggalx lapisan dengan komposisi yang berbeda (ditunjukkan dalam file tambahan 1:Gambar S1 dan S2) mengungkapkan bahwa stoikiometri ZrO2 menampilkan fase monoklinik (biru) sedangkan fase tetragonal (hijau) terdeteksi dari kekurangan oksigen ZrO2 − x lapisan. Tidak ada puncak XRD dari logam Zr (merah muda) yang diamati dalam pola XRD tiga lapis. Ini menunjukkan koeksistensi kedua ZrO stoikiometrik2 dan kekurangan oksigen ZrO2 − x lapisan dalam struktur tri-layer dan lapisan Zr tertanam telah teroksidasi.
Pola XRD dari ZrO yang diendapkan2 /ZrO2 − x /ZrO2 struktur tiga lapis (merah ), kekurangan oksigen ZrO2-x lapisan (hijau ), stoikiometri ZrO2 lapisan (biru ) dan lapisan Zr logam murni (merah muda )
Gambar 2a, b menyajikan hasil XPS dari profil puncak Zr 3d dan O 1s selama waktu etsa 800 detik. Dua puncak diposisikan di ca. 182,3 dan 184,5 eV dapat dianggap berasal dari Zr yang teroksidasi penuh
4+
negara [36, 37], yang mendominasi spektrum Zr hingga waktu etsa ca. 300 detik Peningkatan intensitas yang jelas dari dua puncak yang diposisikan pada ca. 178,3 dan 180,5 eV selanjutnya dapat diamati antara waktu etsa 300 hingga 400 detik; ini juga disertai dengan pengurangan O
2−
intensitas puncak pada ca. 530.0 eV. Telah disarankan bahwa dua puncak Zr 3d ini terkait dengan Zr logam atau tidak teroksidasi
0
negara [36]. Ini menunjukkan kekurangan oksigen ZrO2 − x lapisan terletak di tengah-tengah struktur tri-layer ini. Setelah 400 detik waktu etsa, Zr
4+
puncak melanjutkan dominasi mereka dan intensitas O
2−
puncak kembali normal. Konsentrasi atom di sepanjang profil kedalaman pada Gambar. 2c selanjutnya menegaskan oksidasi lapisan Zr yang tertanam menjadi ZrO non-stoikiometrik2 − x . Perlu juga disebutkan bahwa gradien komposisi antara ZrO2 dan ZrO2 − x antarmuka juga diamati yang disarankan untuk memfasilitasi pembentukan perilaku switching antarmuka [8]. Mempertimbangkan hasil XRD dan XPS, masuk akal untuk percaya bahwa fase monoklinik yang terdeteksi di XRD berasal dari dua ZrO stoikiometrik2 lapisan. ZrO yang kekurangan oksigen terjepit2 − x lapisan, di sisi lain, berkontribusi pada fase tetragonal meskipun beberapa jejak daerah amorf tidak dapat dikesampingkan.
Spektrum XPS dari a Zr 3d dan b O 1s untuk ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 struktur tiga lapis dalam waktu etsa 700 detik. c Profil kedalaman XPS dari ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 struktur tiga lapis
Pengukuran TEM lebih lanjut menegaskan struktur tri-layer dengan kekurangan oksigen ZrO2 − x lapisan diamati dengan jelas seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a. Selanjutnya, lapisan antarmuka lain antara ZrO2 lapisan dan elektroda TiN bawah juga terlihat. Profil EDX yang sesuai ditunjukkan pada Gambar. 3b di mana antar-difusi atom Ti, O, N dan Zr terbukti dalam 10 nm pertama. Selain itu, rasio O:Zr yang jauh lebih tinggi (persegi terbuka) dalam 5 nm pertama menegaskan keberadaan TiOx Ty lapisan antarmuka antara ZrO2 dan elektroda bawah TiN. Memang, sebagai ZrO2 tergagap segera setelah TiN, O2 plasma akan bereaksi dengan permukaan TiN membentuk TiOx Ty lapisan ketika ZrO2 lapisan masih sangat tipis. Formasi TiO antarmuka yang serupax Ty lapisan juga dilaporkan [38, 39].
a Gambar ADF-STEM dari penampang sampel dan b Profil garis elemen STEM-EDX dari TiN/ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 struktur
Berdasarkan hasil karakterisasi, skema ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 memori tri-layer digambarkan pada Gambar. 4a. Perangkat murni diukur berada dalam keadaan resistansi tinggi seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4b. Tegangan pembentukan negatif yang besar (ICC = 1 mA) diperlukan untuk menginduksi kerusakan dielektrik lunak dan memulai switching. Cukup luar biasa, ini terkait dengan proses pembentukan dua langkah, yang menunjukkan pembentukan dua filamen berturut-turut dalam dua ZrO2 lapisan dan perangkat SET menjadi keadaan resistansi rendah. Tegangan positif kemudian diterapkan ke RESET perangkat ke HRS seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4c. Jelas, ini RESET proses dicirikan oleh penurunan arus yang terus-menerus secara bertahap, fitur khas untuk switching resistif antarmuka. SET proses dengan menerapkan bias tegangan negatif juga menunjukkan perilaku yang sama, menunjukkan switching resistif antarmuka adalah mode switching yang dominan. Perilaku switching antarmuka lebih lanjut dibuktikan dengan ketergantungan daerah arus di HRS dan LRS (ditunjukkan pada Gambar. 4d). Kedua arus meningkat seiring bertambahnya ukuran elektroda, menunjukkan konduksi arus tidak filamen. Peningkatan arus meskipun tidak sepenuhnya sebanding dengan luas. Hal ini dapat dijelaskan oleh modulasi resistivitas yang kurang efektif pada ukuran sel yang lebih besar selama peralihan antarmuka karena jumlah batas butir dan arus bocor yang lebih besar [12]. Perilaku serupa juga dilaporkan pada perangkat switching resistif antarmuka bilayer lainnya [8, 12]. SET proses menunjukkan perilaku kepatuhan diri. Ini bermanfaat untuk aplikasi dalam memori resistif karena meminimalkan overshoot saat ini selama switching dan memiliki potensi untuk sangat menurunkan biaya fabrikasi [29, 30].
a Skema tri-layer TiN/ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 /TiN memori. bI–V karakteristik proses elektroforming untuk TiN/ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 / perangkat TiN. cI–V karakteristik peralihan antarmuka setelah pembentukan. d Arus sebagai fungsi ukuran perangkat untuk HRS/LRS dalam mode peralihan antarmuka
Transformasi dari mode switching antarmuka ke mode switching filamen dapat dipicu oleh langkah pembentukan kedua seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5a. Bias yang lebih negatif diterapkan pada perangkat di HRS dengan kepatuhan arus 20 mA. Hal ini menyebabkan peningkatan arus yang tiba-tiba pada ca. 8 V, dan perangkat selanjutnya tetap pada status resistansi yang jauh lebih rendah. Setelah SETEL ULANG proses dengan bias positif, mode peralihan perangkat telah sepenuhnya diubah menjadi filamen, ditandai dengan SET yang tajam (kontrol saat ini) dan RESET transisi. Gambar 5b menunjukkan distribusi probabilitas kumulatif dari LRS dan HRS dari kedua mode switching antarmuka dan filamen di mana perbedaan khas dapat diamati antara dua set status resistensi tersebut, yang menunjukkan perangkat telah diaktifkan dalam mode yang berbeda. Untuk menjelaskan mekanisme konduksi dari kedua mode switching, logaritmik I–V plot kurva dan fiting linier dari SET proses disajikan. I–V kurva pada HRS dalam mode antarmuka mengikuti perilaku Ohmic pada tegangan rendah dengan penambahan suku kuadrat pada tegangan yang lebih tinggi, yaitu, IaV + bV
2
, yang merupakan ciri khas model arus terbatas muatan ruang (SCLC) seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5c [40,41,42]. Pengamatan serupa dari mekanisme SCLC ini juga dilaporkan pada perangkat memori resistif antarmuka lainnya [8, 12]. Di sisi lain, logaritmik I–V kurva SET proses dalam switching filamen setelah transformasi ditunjukkan pada Gambar. 5d. Kurva menunjukkan arus diatur oleh model SCLC dengan perangkap [40,41,42]. Meskipun model konduksi serupa digunakan untuk menjelaskan peralihan antarmuka dan filamen, kedua mode masih menunjukkan fitur yang berbeda, terutama pada keadaan resistansi rendah. Konduksi arus untuk LRS dalam mode filamen terdiri dari dua wilayah:wilayah Ohmik (IV ) dan wilayah hukum Anak (IV
2
) sedangkan yang terakhir tidak diamati dalam konduksi LRS dari peralihan antarmuka. Hal ini menunjukkan peralihan filamen dimediasi oleh proses trapping/detrapping pembawa [43]. Kami berspekulasi bahwa sejumlah besar jebakan dihasilkan di jalur konduktif selama proses pembentukan kedua, yang mengarah ke suku kuadrat arus dalam LRS mode filamen.
aAku –V karakteristik proses transformasi (oranye ) dari peralihan antarmuka (merah ) ke sakelar filamen (biru ). b Grafik probabilitas kumulatif HRS dan LRS untuk kedua antarmuka (VSETEL ULANG = 6 V) dan mode switching filamen. SET proses I–V kurva dari c antarmuka dan d mode switching filamen dalam plot logaritma ganda
ZrO lapisan tunggal2 memori dengan ketebalan film 40 nm juga dibuat untuk perbandingan dengan skema yang ditunjukkan pada Gambar. 6a. Proses elektroforming (ICC = 1 mA) dari TiN/ZrO2 Perangkat /TiN memiliki fitur satu langkah dengan tegangan yang jauh lebih tinggi (Gbr. 6b). Perilaku switching bipolar kemudian diamati (Gbr. 6c), yang mirip dengan mode filamen pada perangkat tri-layer. Namun, mode peralihan antarmuka tidak diamati pada perangkat lapisan tunggal ini. Gambar 6d menunjukkan logaritmik I–V kurva SET proses untuk perangkat lapisan tunggal yang menunjukkan kesepakatan yang baik dengan model SCLC dengan perangkap. Ini juga mendukung kesimpulan bahwa ZrO2 − x . terjepit lapisan sangat penting untuk peralihan antarmuka yang terjadi baik di ZrO2 − x lapisan atau dekat ZrO2 − x /ZrO2 antarmuka.
a Skema lapisan tunggal TiN/ZrO2 / perangkat TiN. bI–V karakteristik proses elektroforming untuk TiN/ZrO2 / perangkat TiN. cI–V karakteristik TiN/ZrO2 /TiN perangkat setelah terbentuk. dI–V kurva SET proses dalam plot logaritma ganda dengan fitting linier
Berdasarkan hasil karakterisasi, mekanisme rinci dari kedua mode switching dan transformasi diusulkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7. Dengan menerapkan tegangan pembentukan negatif, ion oksigen didorong ke bawah menuju elektroda bawah sementara kekosongan oksigen bermigrasi ke atas. elektroda dan membentuk filamen konduktif. TiO antarmukax Ty lapisan memainkan peran penting dalam perilaku bipolar karena berfungsi sebagai reservoir oksigen [38, 44]. Dua filamen lemah dihasilkan secara berurutan di bagian bawah dan atas ZrO2 lapisan, dicirikan oleh proses pembentukan dua langkah (Gbr. 7b, c). Meskipun beberapa ion oksigen mungkin telah disuntikkan ke ZrO tengah2 − x lapisan, tingkat kekosongan oksigen masih cukup tinggi untuk menjaga lapisan dalam keadaan resistif rendah. Oleh karena itu, perangkat telah beralih ke LRS (Gbr. 7c). Ketika bias positif diterapkan, ion oksigen tertarik dari TiOx Ty lapisan ke ZrO2 − x menghasilkan lapisan yang kaya oksigen. Modulasi stoikiometri dari ZrO2 − x lapisan mengubah memori ke HRS (Gbr. 7d). Bias negatif lainnya diperlukan untuk SET perangkat ke LRS dengan mendorong ion oksigen dari lapisan tengah kembali ke TiOx Ty waduk (Gbr. 7e). Properti bebas kepatuhan perangkat dapat berasal dari konduktivitas rendah dari dua filamen, yang secara efektif berfungsi sebagai resistor seri intrinsik. Transformasi terjadi ketika bias yang sangat besar diterapkan yang menginduksi pembentukan filamen yang jauh lebih kuat dan konduktif melalui seluruh struktur tri-layer (Gbr. 7f). Resistansi perangkat tidak lagi bergantung pada ZrO2 − x lapisan, dan mode switching diubah dari antarmuka ke filamen. Perangkat kemudian dapat dinyalakan dan MATI menggunakan bias positif dan negatif, masing-masing (Gbr. 7g, h).
Skema mekanisme switching pada tri-layer TiN/ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 /TiN perangkat untuk mode peralihan antarmuka (a –e ). Transformasi dari mode antarmuka ke mode filamen (f ) dan mode filamen (g , h )
Mode peralihan antarmuka dalam karya ini menawarkan potensi penyimpanan multistatus. Karena resistansi perangkat dalam mode antarmuka dimediasi oleh tingkat ion oksigen di ZrO2 − x lapisan, keadaan resistensi ganda dapat dicapai dengan mengontrol jumlah ion oksigen di lapisan tengah menggunakan RESET yang berbeda tegangan. Gambar 8a menunjukkan I–V karakteristik perangkat dengan RESET tegangan 5,0, 5,5, dan 6,0 V dengan konstanta SET tegangan 5 V. Perlu disebutkan bahwa karena migrasi kekosongan oksigen didorong oleh medan listrik, parameter ini dapat diskalakan dengan ketebalan lapisan. Dengan lapisan fungsional yang tebal sekitar 50 nm, karya yang disajikan ini masih memiliki potensi yang baik untuk diperkecil dan secara signifikan mengurangi baik SET dan SETEL ULANG tegangan. Gambar 8b menampilkan karakteristik siklus dari operasi memori multistatus ini di mana properti switching resistif yang dapat dibalik dan direproduksi ditunjukkan untuk ca. 100 siklus, menunjukkan perilaku ketahanan yang menjanjikan dari perangkat ini.
aI–V karakteristik peralihan antarmuka untuk tri-layer TiN/ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 /TiN perangkat dengan berbagai RESET tegangan. b Uji ketahanan 100 siklus untuk peralihan antarmuka dengan RESET different yang berbeda tegangan
Kesimpulan
Transformasi yang dapat dikontrol dari mode antarmuka ke mode antarmuka mode filamen diamati dalam ZrO2 /ZrO2 − x /ZrO2 memori tiga lapis. Kemungkinan mekanisme switching dan transformasi diusulkan. ZrO2 − x . yang disematkan lapisan diyakini menjadi lapisan penting untuk mode switching antarmuka. Mode ini menunjukkan perilaku bebas kepatuhan mungkin karena resistor seri intrinsik oleh dua filamen tipis yang terbentuk di ZrO2 lapisan. Dengan mengontrol RESET tegangan, resistansi multistatus pada HRS dapat dicapai. Perilaku penyimpanan multistatus ini dengan jelas menunjukkan kemampuan mengembangkan memori performa tinggi multistatus generasi berikutnya.
Singkatan
ADF-STEM:
Mikroskop elektron transmisi pemindaian medan gelap berbentuk lingkaran
