Pengaruh Doping Ag pada Tipis HfOx terhadap Perilaku Switching Ambang

Abstrak

Arus jalur sembunyi—arus yang melewati sel memori tetangga—adalah masalah inherent dan tak terhindarkan dalam sirbar crossbar yang terdiri dari sel memori memristor. Masalah serius ini dapat diatasi dengan menghubungkan perangkat selektor secara seri ke setiap sel memristor. Di antara berbagai konsep perangkat selektor, selektor difusif telah menarik perhatian besar karena performa unggulnya. Selektor ini memiliki switching ambang volatif menggunakan dinamika logam aktif seperti Ag atau Cu, yang bertindak sebagai elektroda atau dopan dalam elektrolit padat. Dalam studi ini, selektor difusif berbasis HfO_x doped Ag diproduksi menggunakan sistem co-sputtering. Seiring dengan bervariasinya konsentrasi Ag dalam lapisan HfO_x, properti listrik yang berbeda dan karakteristik TS yang sesuai diamati. Kebutuhan proses electroforming (EF) untuk karakteristik TS ditentukan oleh konsentrasi Ag yang tepat dalam lapisan HfO_x. Perbedaan dalam proses EF ini dapat secara signifikan mempengaruhi parameter karakteristik TS. Oleh karena itu, kondisi doping yang dioptimalkan diperlukan untuk selektor difusif untuk mencapai perilaku perangkat selektor yang unggul dan menghindari proses EF yang pada akhirnya dapat menurunkan performa perangkat.

Pendahuluan

Memori switching resistensi, juga dikenal sebagai memristor, telah dipelajari secara luas selama dekade sebagai calon yang menjanjikan untuk memori nonvolatil generasi mendatang. Terakhir, perangkat memristor telah diterapkan pada sinapse buatan dan neuron yang mirip dengan mekanisme switching mereka berdasarkan migrasi ion untuk komputasi terinspirasi otak [1,2,3]. Kecepatan switching yang cepat (< 1 ns), skalabilitas ekstrim (< 2 nm), ketahanan yang cukup baik (hingga 10¹¹ siklus pemrograman/penggusuran), dan struktur tumpangan tiga dimensi telah terbukti sejauh ini dalam sistem memristif individual [4,5,6]. Selain itu, pemrosesan citra dan pengenalan pola dapat diaktifkan dengan membangun sirbar crossbar (CBA) yang besar [1, 3, 7, 8].

Namun, struktur CBA memiliki masalah inherent bahwa arus jalur sembunyi melalui sel memori memristor tetangga mengganggu operasi tulis/baca pada sel yang dipilih atau setengah dipilih [9,10,11]. Untuk menekan arus jalur sembunyi dan masalah setengah pemilihan, perangkat selektor dua terminal dapat dihubungkan secara seri ke setiap sel memori. Ada banyak jenis perangkat selektor dengan karakteristik arus-tegangan (I-V) nonlinier yang diperkenalkan, seperti dioda Schottky, transisi logam-insulator (MITs), switch ambang ovonik (OTSs), selektor barrier terowongan, dan selektor difusif (juga disebut memristor difusif) [9,10,11,12,13,14,15]. Di antara mereka, selektor difusif berbasis spesies logam (Ag atau Cu) dengan dinamika difusif di dalam dielektrik telah menarik minat yang signifikan karena strukturnya yang sederhana dan performa unggul, seperti nonlinieritas yang sangat tinggi [14,15,16,17,18,19,20,21,22]. Selektor difusif memiliki switch ambang volatif (TS) berdasarkan pembentukan dan pemecahan diri filamen logam. Berbagai sistem selektor difusif dan properti dinamis mereka telah dilaporkan sejauh ini; namun, memahami mekanisme operasi yang mendasarinya masih sulit. Selain itu, penting untuk menetapkan konsentrasi dan distribusi spesies logam difusif untuk mencapai performa TS yang unggul karena ini dapat secara signifikan mempengaruhi propersi konduksi dan transisi listrik.

Di sini, kami memproduksi tumpukan Pt/HfO_x doped Ag/Pt sebagai selektor difusif, di mana Ag dan HfO_x bertindak sebagai dopan logam difusif dan materi dielektrik, masing-masing. Kami memeriksa properti listrik perangkat pada berbagai konsentrasi doping untuk mengaitkan kondisi yang sesuai untuk karakteristik TS. Karakteristik TS yang memerlukan EF (EF-needed) dan yang bebas EF (EF-free) ditentukan oleh konsentrasi dopan dalam selektor difusif. Untuk menjelaskan perbedaan dalam proses EF dan karakteristik TS yang kemudian, kami melakukan analisis struktural dan kimiawi dari perangkat selektor difusif. Studi kami menunjukkan efek konsentrasi dopan pada karakteristik TS dari selektor difusif dan memberikan arah untuk meningkatkan performanya.

Metode

Gambar 1a menunjukkan sistem co-sputtering dengan target Ag dan HfO₂. Kami memproduksi perangkat yang ditempatkan pada empat posisi pada substrat dengan jarak 0,5 cm satu sama lain. Posisi tersebut berada dekat target HfO₂ dalam urutan perangkat 1, 2, 3, dan 4 (D1, D2, D3, dan D4) seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1a. Lapisan switching HfO_x doped Ag dari semua perangkat ditetapkan pada substrat Pt/Ti/SiO₂/Si melalui co-sputtering dengan daya sputtering 10 W untuk Ag dan 150 W untuk HfO₂, masing-masing. Sebelum proses penyetoran, tekanan dasar ruang vakum diupaya hingga ~ 5 × 10⁶. Lapisan switching ditetapkan selama 5 menit tanpa memutar substrat pada suhu ruangan bajo aliran Ar 20 sccm untuk mempertahankan plasma Ar. Tekanan proses adalah 10 mTorr. Setelah itu, elektroda Pt atas ditetapkan pada lapisan switching yang ditetapkan menggunakan masker bayangan dengan diameter 200 μm melalui e-beam evaporation. Gambar 1 b dan c menunjukkan citra potongan lintang dan desain skematis dari perangkat yang diproduksi, masing-masing.

a Diagram skematis sistem co-sputtering. b Citra TEM potongan lintang dari perangkat yang diproduksi. c Diagram skematis dari perangkat dengan sistem pengukuran listrik

Tebal lapisan switching yang ditetapkan melalui co-sputtering diukur menggunakan elipsometer (FS-1, Film-Sense, USA). Spektrometri backscattering Rutherford (RBS; 6SDH-2, NEC, USA) dan spektrometri fluoresensi X-ray (XRF; ARL, Thermo Fisher Scientific, USA) dilakukan untuk menganalisis komposisi atom lapisan HfO_x doped Ag. Untuk mengevaluasi properti listrik perangkat, analyzer parameter semikonduktor (SPA; HP-4155A, Agilent, USA) digunakan pada suhu ruangan. Semua pengukuran dilakukan dengan menerapkan bias pada elektroda atas sementara elektroda bawah di-ground seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1c. Permukaan perangkat dianalisis menggunakan mikroskop elektron pencitraan emisi medan (FE-SEM; JSM-6700F, JEOL, Jepang) dan mikroskop gaya atom (AFM; XE-100, Park system, Korea). Sampel potongan lintang dari perangkat disiapkan menggunakan proses ion beam terfokus (FIB; Quanta 3D FEG, FEI, Belanda) dan diamati menggunakan mikroskop transmisi elektron resolusi tinggi (HR-TEM: JEM-2100F, JEOL, Jepang). Komposisi kimia dianalisis menggunakan spektroskopi X-ray dispersi energi (EDS).

Hasil dan Pembahasan

Kami secara simultan memproduksi empat perangkat HfO_x doped Ag untuk selektor difusif selama satu proses. Selama proses penyetoran, substrat tidak diputar untuk mengonfirmasi efek konsentrasi doping pada properti listrik. Tabel 1 menunjukkan tebal, rasio kation Ag:Hf, dan kekasaran rms (RMS) dari D1, D2, D3, dan D4, masing-masing. Komposisi Ag dalam lapisan switching dinyatakan sebagai rasio kation menggunakan jumlah Ag dan Hf yang diperoleh dari analisis XRF. Seperti yang ditunjukkan, setiap perangkat memiliki tebal dan konsentrasi Ag yang berbeda. Seiring dengan peningkatan jarak dari target HfO₂, tebal lapisan switching menurun sementara komposisi Ag dalam lapisan oksida meningkat. Dengan meningkatnya konsentrasi Ag, nilai kekasaran RMS sedikit meningkat (citra AFM ditampilkan dalam File tambahan 1: Gambar S1).

Karakteristik tegangan arus langsung (DC)–voltage (I-V) yang diukur dari semua perangkat ditunjukkan dalam Gambar 2a–d. D1 (35,3 nm, 7% Ag) awalnya berada dalam keadaan isolasi yang tinggi, dan tidak ada switching ambang yang diamati selama pengukuran DC (Gambar 1a) karena konsentrasi Ag yang tidak cukup untuk menghasilkan filamen konduktif meskipun lapisan switching tebal. Sebaliknya, D2 (27,3 nm, 16% Ag) menunjukkan switching ambang dari keadaan resistensi tinggi (HRS) ke keadaan resistensi rendah (LRS) setelah proses electroforming (EF) dalam keadaan asli untuk menghasilkan perangkat yang dapat dioperasikan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1b. Selama proses EF, arus meningkat dari level rendah hingga mencapai arus kepatuhan (I_cc) pada tegangan − 4,3 V. Kemudian, D2 secara kontinu menunjukkan perilaku TS pada tegangan operasi yang lebih rendah dari tegangan forming pada kedua polaritas bias. Sebagai contoh, D3 (24 nm, 39% Ag) menunjukkan perilaku TS dua arah yang khas; namun, proses EF tidak diperlukan dalam keadaan asli D3. Dengan kata lain, D3 menunjukkan perilaku TS yang bebas EF. Sebaliknya, D4 (18,8 nm, 58 Ag%) awalnya berada dalam keadaan konduktif yang tinggi, mungkin karena perkolasi Ag dalam lapisan HfO_x yang tipis dikarenakan konsentrasi Ag yang tinggi.

Properti listrik perangkat yang diproduksi. a Kurva I-V D1 (keadaan isolasi yang tinggi). b Kurva I-V D2, menunjukkan proses EF dan perilaku TS yang kemudian. c Kurva I-V D3, menunjukkan perilaku TS tanpa proses EF. d Kurva I-V D4 (keadaan konduktif)

Morfologi permukaan dan ukuran butiran berubah seiring dengan peningkatan konsentrasi Ag. Seperti yang telah disebutkan, seiring dengan peningkatan konsentrasi Ag, nilai kekasaran RMS meningkat seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Ukuran butiran juga ditilai menggunakan SEM (File tambahan 1: Gambar S2). Peningkatan ukuran butiran diamati seiring dengan peningkatan konsentrasi Ag. Namun, dalam kasus D2 dan D3 yang menunjukkan karakteristik TS yang berbeda, perbedaan kekasaran permukaan dan ukuran butiran cukup kecil. Namun, ada perbedaan yang cukup besar dalam properti listrik mereka dalam hal proses EF dan karakteristik TS yang kemudian. Oleh karena itu, kami lebih lanjut membandingkan karakteristik TS dari D2 dan D3 sebagai berikut.

Gambar 3 a dan b menunjukkan perilaku TS yang dapat diulang yang diamati dalam D2 dan D3 melalui pengukuran DC. Untuk perbandingan, hanya karakteristik TS pada bias negatif yang ditampilkan dalam gambar. Keduanya awalnya menunjukkan beberapa level arus pA pada − 0,1 V di bawah batas deteksi. Perilaku TS dalam D2 jelas setelah proses EF pada tegangan forming ~ − 3,5 V, sementara arus kepatuhan (I_cc) 5 μA ditetapkan untuk perangkat untuk mencegah breakdown keras. Setelah proses EF, perangkat menunjukkan perilaku TS yang khas seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3a. Ketika tegangan yang diterapkan melebihi tegangan ambang (V_th) ~ − 1,1 V, arus tiba-tiba mencapai I_cc 5 μA; perangkat beralih ke keadaan ON dari keadaan OFF. Namun, keadaan ON perangkat pulih ke keadaan OFF saat tegangan yang diterapkan menurun kurang dari tegangan hold (V_hold). Meskipun perangkat kembali ke keadaan OFF, arus OFF yang lebih tinggi diamati dibandingkan dengan perangkat sebelum EF.

Perbandingan karakteristik TS dalam D2 dan D3. a Perilaku TS dengan peningkatan arus OFF setelah proses EF. Gambar sisip menunjukkan proses EF dalam perangkat yang ditetapkan. b Perilaku TS tanpa proses EF yang mempertahankan arus OFF rendah dan NL tinggi

D3 juga menunjukkan karakteristik TS yang khas seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3b. Namun, proses EF tidak diperlukan untuk menginduksi perilaku TS dalam perangkat dalam keadaan asli. Arus mencapai I_cc 5 μA pada V_th ~ − 0,8 V, yang merupakan keadaan ON, dan kemudian secara spontan kembali ke keadaan OFF awal pada V_th kurang dari ~ − 0,2 V. Loop I-V D3 yang kemudian mirip dengan loop I-V pertama. Selain itu, perangkat secara konsisten menunjukkan arus OFF rendah pada tegangan operasi rendah dibandingkan dengan D2. Selain itu, densitas arus keadaan OFF dalam D3 masih lebih rendah daripada D2; perbedaan sekitar 10⁵ A/cm². Akibatnya, dikonfirmasi bahwa perbedaan konsentrasi Ag dalam lapisan HfO_x menentukan kebutuhan proses EF, dan oleh karena itu, karakteristik TS berubah secara dramatis.

Untuk merealisasikan satu selektor–satu memori resistensi (1S1R), selektor memerlukan arus OFF rendah untuk menekan arus kebocoran dan arus ON tinggi yang sesuai dengan arus reset dari memori resistensi [21, 22]. Untuk memenuhi karakteristik I-V nonlinier seperti ini, kami mengonfirmasi nonlinieritas (NL) dan selektivitas (S) dari perangkat kami dan selektor TS yang telah dilaporkan sebelumnya untuk mengevaluasi performa mereka sebagai selektor [14, 18, 21,22,23]. Di sini, kami mendefinisikan NL dan S menggunakan Persamaan (1) dan (2), masing-masing, sebagai berikut:

$$ NL=\frac{I_{V_{\mathrm{th}}}}{I_{\frac{1}{2}{V}_{\mathrm{th}}}} $$ (1) $$ S=\frac{I_{\mathrm{ON}}}{I_{\mathrm{OFF}}} $$ (2)

NL didefinisikan sebagai rasio arus pada V_th dan setengah dari V_th. Dalam skema setengah bias dalam sirbar crossbar, V_th diterapkan pada sasaran sel sementara setengah dari V_th diterapkan pada sel setengah dipilih yang berdekatan. Oleh karena itu, NL penting untuk mencegah gangguan sirbar crossbar selama operasi program/baca. Sebaliknya, S adalah rasio arus pada keadaan ON dan OFF pada V_th, yang mewakili performa selektor berbasis TS. Kedua definisi ini banyak digunakan untuk perbandingan performa perangkat selektor. Oleh karena itu, nilai NL dan S yang besar diperlukan untuk operasi 1S1R untuk menekan arus jalur sembunyi secara efektif.

Berbagai parameter switching termasuk NL dan S dalam perangkat kami dan selektor TS dalam literatur ditunjukkan dalam Tabel 2. Dalam kasus D2, peningkatan arus OFF menyebabkan penurunan yang signifikan dalam NL dan S. Sebaliknya, arus OFF D3 cukup rendah sehingga NL dan S yang lebih besar dari 10⁶ diperoleh. Namun, D2 dan D3 hanya dapat menunjukkan karakteristik TS pada I_cc rendah (< 10 μA) karena TS beralih ke switching memori pada I_cc yang lebih tinggi. Hal yang diketahui adalah bahwa sebagian besar perangkat selektor TS yang menggunakan filamen Ag tunduk pada transisi ke switching memori nonvolatil pada I_cc lebih besar dari 10–100 μA [23,24,25,26]. Ketika I_cc lebih tinggi dari 10–100 μA, filamen logam yang kuat dan stabil terbentuk yang sulit untuk pecah secara spontan dibandingkan dengan filamen tipis dan tidak stabil yang terbentuk pada I_cc yang lebih rendah [26, 27]. Oleh karena itu, berbagai metode, seperti struktur berlapis (Ag/TaO_x/TaO_y/TaO_x/Ag) dan nanodots Ag yang dicetuskan dalam dielektrik, telah diusulkan untuk mendapatkan karakteristik TS yang andal pada I_cc yang lebih tinggi [21, 22].

Untuk mengamati ukuran dan distribusi atom Ag dalam lapisan HfO_x, analisis HR-TEM dan EDS elemen dilakukan pada D2 dan D3. Gambar 4 a dan b (c dan d) menunjukkan citra HR-TEM potongan lintang dari D2 (D3). Menurut citra HR-TEM, kemungkinan besar ukuran atom Ag terdistribusi secara seragam dalam matriks HfO_x. Partikel Ag atau kluster Ag dengan ukuran beberapa nanometer yang dapat dibedakan tidak diamati di kedua perangkat. Selain itu, fase amorfa HfO_x dikonfirmasi melalui citra transformasi cepat Fourier (FFT) seperti yang ditampilkan dalam sisipan Gambar 4 b dan d. Namun, sinyal Ag dalam profil garis menunjukkan keberadaan Ag dalam lapisan HfO_x. Oleh karena itu, disimpulkan bahwa Ag dalam HfO_x akan didistribusikan pada skala atom. Wilayah switching termasuk filamen nano Ag harus diselidiki; namun, karakteristik TS bersifat volatif sehingga observasi TEM in situ harus dicoba di masa depan.

Analisis mikrostruktur dan komposisi. a Citra TEM potongan lintang dari D2. b Citra TEM diperbesar dari D2. Sisipnya adalah citra FFT yang sesuai. c Citra TEM potongan lintang dari D3. d Citra TEM diperbesar dari D3. Sisipnya adalah citra FFT yang sesuai. Profil garis elemen EDS dari e D2 dan f D3

Kami mengusulkan mekanisme berikut untuk perilaku TS dalam perangkat kami seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5 a dan b. Lapisan switching HfO_x doped Ag yang diproduksi memiliki atom Ag yang terdistribusi secara seragam dalam HfO_x. Namun, diharapkan bahwa ada jarak yang cukup jauh antara atom Ag karena konsentrasi Ag yang rendah dalam D2. Gambar 5a menunjukkan proses EF dari D2 yang baru diproduksi. Ketika medan listrik diterapkan pada perangkat dalam keadaan asli, atom Ag dalam HfO_x dapat dioksidasi menjadi ion Ag⁺ dan mereka bermigrasialong arah medan. Ion Ag⁺ yang dioksidasi direduksi menjadi atom Ag lagi pada elektroda Pt di sisi lain, di mana filamen konduktif Ag terus dapat tumbuh. Setelah filamen terhubung antara dua elektroda, perangkat beralih ke keadaan ON dari keadaan OFF. Selama proses EF dalam D2, kluster Ag yang lebih besar dapat terbentuk karena medan listrik yang tinggi. Ditemukan bahwa medan listrik yang cukup besar ini dapat membentuk nanopartikel Ag dengan diameter beberapa nanometer dari observasi TEM in situ dalam literatur [14, 15]. Setelah medan listrik yang diterapkan dihapus, Ag pada skala atom difusi keluar ke dalam matriks HfO_x, yang menunjukkan bahwa perangkat kembali ke keadaan OFF. Namun, kluster Ag yang lebih besar, yang tidak cukup difusi keluar, tetap berada pada jalur konduktif. Jadi, kluster Ag sisa ini menyebabkan arus OFF yang lebih besar dalam keadaan OFF berikutnya. Sebaliknya, dalam kasus D3 yang baru diproduksi seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5b, filamen Ag terbentuk tanpa pembentukan kluster Ag karena D3 dioperasikan bajo medan listrik yang rendah, yang berarti bahwa perangkat dapat mempertahankan arus OFF rendah. Demikian juga, ketika medan listrik yang diterapkan dihapus, perangkat kembali ke keadaan OFF karena pemecahan diri filamen Ag yang dapat dijelaskan oleh efek Thomson–Gibbs untuk meminimalkan energi antarmuka antara filamen dan matriks [15, 18, 28]. Akibatnya, karakteristik TS dua arah dapat dicapai melalui dinamika difusif atom/ion Ag yang dapat diulang.

Mekanisme yang diusulkan dari TS dalam perangkat HfOx doped Ag. Pembentukan/pecah filamen Ag pertama untuk perilaku TS dalam a perangkat yang membutuhkan EF (D2) dan b perangkat yang bebas EF (D3)

Untuk menjelaskan perbedaan selama proses EF, kami mengusulkan Persamaan (3) dan (4) berikut:

$$ D={D}_0\mathit{\exp}\left(-\frac{E_{\mathrm{mo}}}{kT}\right) $$ (3)

di mana D adalah difusivitas, D₀ adalah faktor eksponensial pra, E_mo adalah barier migrasi pada bias nol, k adalah konstanta Boltzmann, dan T adalah suhu absolut lokal. Untuk membentuk filamen Ag dalam lapisan HfO_x, ion Ag harus mengatasi barier migrasi untuk bergerak menuju elektroda yang diberi bias negatif. Ketika bias eksternal diterapkan, medan listrik dapat menurunkan barier migrasi, E_m, yang mengarah pada migrasi ionalong arah medan sebagai berikut:

$$ {E}_{\mathrm{m}}={E}_{\mathrm{m}\mathrm{o}}-\frac{e\bullet {V}_{\mathrm{bias}}}{Z_{\mathrm{box}}}\bullet \Delta z $$ (4)

dengan muatan elektron e, tegangan bias V_bias, tebal lapisan HfO_x Z_box, dan jarak hopping Ag dalam arah z ∆z. Memang, ion Ag dapat hop ke semua arah pada bias nol. Namun, kami mempertimbangkan hoppingalong arah z dalam proses EF karena perangkat dapat beralih ke keadaan ON bajo medan listrik yang tinggi di mana ion Ag secara dominan hopalong arah medan listrik. Untuk memperkirakan E_m, kami menghitung jarak hopping Ag (∆z) sebagai 0,67 nm dalam D2 dan 0,45 nm dalam D3 dari hasil eksperimental kami dari konsentrasi Ag dan tebal film. Barier migrasi pada bias nol, E_mo = 3,02 eV, digunakan dari literatur [29]. Dalam pembentukan filamen Ag pertama, ~ 1,6 MV/cm dari medan listrik diperlukan dalam D2 dan itu menurunkan barier migrasi sebesar 0,11 eV. Sebaliknya, ~ 0,4 MV/cm dari medan listrik diperlukan untuk switching pertama dalam D3 dan itu menurunkan barier migrasi sebesar 0,04 eV. Jadi, difusi Ag cukup untuk membentuk filamen Ag dalam D3 meskipun penurunan barier lebih rendah karena jarak hopping yang pendek dan konsentrasi Ag yang tinggi dibandingkan dengan D2. Namun, karena jarak hopking yang relatif panjang dalam D2, penurunan barier yang lebih besar diperlukan untuk difusi yang cukup untuk membentuk filamen Ag. Setelah filamen terbentuk, seharusnya pecah secara spontan dengan menghentikan tegangan; namun, filamen Ag tidak dapat sepenuhnya difusi keluar ke distribusi awalnya, dan oleh karena itu jarak hopping ∆z menurun dari yang ada dalam D2 yang baru diproduksi. Oleh karena itu, hasil ini mengarah pada medan listrik yang lebih rendah (~ 0,4 MV/cm) dalam switching ambang berikutnya. Harap diperhatikan bahwa tebal film secara signifikan mempengaruhi karakteristik I-V dari perangkat. Oleh karena itu, kami mengonfirmasi proses EF dalam perangkat dengan tebal yang serupa tetapi memiliki konsentrasi Ag yang berbeda. Demikian pula, perangkat menunjukkan transisi dari karakteristik yang membutuhkan EF ke karakteristik yang bebas EF seiring dengan peningkatan konsentrasi Ag. Oleh karena itu, telah terbukti bahwa konsentrasi Ag secara esensial mempengaruhi proses EF dengan mengontrol medan listrik internal yang efektif. Artinya, memodulasi konsentrasi Ag dan oleh karena itu jarak hopping dalam lapisan HfO_x diperlukan untuk karakteristik TS yang bebas EF dengan nilai NL dan S yang lebih besar.

Kesimpulan

Perangkat selektor difusif berbasis film tipis HfO_x doped Ag diproduksi dan karakteristik TS-nya dievaluasi. Untuk memahami efek konsentrasi Ag pada properti listrik, perangkat dengan berbagai konsentrasi Ag ditilai. Perilaku TS dalam perangkat dapat dijelaskan oleh pembentukan/pemecahan diri filamen Ag dari atom Ag yang terdistribusi secara atomik dalam HfO_x. Dikonfirmasi bahwa konsentrasi Ag dapat mempengaruhi proses EF untuk membentuk filamen logam seperti ini. Perangkat dengan konsentrasi Ag rendah memerlukan proses EF yang mendahului untuk perilaku TS, sementara perilaku TS yang bebas EF terbukti dalam perangkat dengan konsentrasi Ag yang lebih tinggi. Selain itu, perangkat yang bebas EF menunjukkan performa TS yang lebih baik daripada perangkat yang membutuhkan EF dalam hal nonlinieritas dan arus OFF. Oleh karena itu, kontrol konsentrasi dan distribusi dopan yang tepat diperlukan untuk mendapatkan perangkat selektor difusif yang bebas EF untuk mencegah degradasi performa yang timbul dari proses EF.

Ketersediaan Data dan Bahan

Semua data sepenuhnya tersedia tanpa pembatasan.

Singkatan

CBA:

Sirbar crossbar

EF:

Electroforming

HRS:

Keadaan resistensi tinggi

LRS:

Keadaan resistensi rendah

NL :

Nonlinieritas

S :

Selektivitas

TS:

Switching ambang