Многоуровневые переключения в мемристивных структурах на основе оксидированного селенида свинца

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Используя оксидированный селенид свинца как интерфейс, были сделаны гетероструктуры Ag/PbSeOх /PbSe, демонстрирующие стабильные мемристивные характеристики. С целью получения метастабильных многоуровневых состояний на таких структурах были выполнены исследования при разных протоколах подачи импульсных сигналов. Регулируя число, амплитуду, длительность и коэффициент заполнения импульсов, было реализовано 13 метастабильных резистивных состояний Исследуемый мемристор показал хорошую стабильность и воспроизводимость в течение нескольких месяцев.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Тулина

Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: tulina@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка

А. Н. Россоленко

Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Email: tulina@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка

И. М. Шмытько

Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Email: tulina@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка

И. Ю. Борисенко

Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук

Email: tulina@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка

Д. Н. Борисенко

Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Email: tulina@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка

Н. Н. Колесников

Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Email: tulina@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Panin G.N. Low-Dimensional Layered Light-Sensitive Memristive Structures for Energy-Efficient Machine Vision // Electronics 2022. V. 11, P. 619. https://doi.org/10.3390/electronics11040619
  2. Wang W. et al. MoS2 memristor with photoresistive switching // Sci. Rep. 2016. V. 6, 31224. https://doi.org/10.1038/srep31224
  3. Fu X., Zhang L., Cho H.D. et al. Molybdenum Disulfide Nanosheet/Quantum Dot Dynamic Memristive Structure Driven by Photoinduced Phase Transition// Small 2019. V. 15. № 45. P. 1903809. https://doi.org/10.1002/smll.201903809
  4. Fu X. et al. Graphene/MoS2–xOx /graphene photomemristor with tunable non-volatile responsivities for neuromorphic vision processing // Light Sci. Appl. 2023. V. 12. P. 39. https://doi.org/10.1038/s41377-023
  5. Yin J. et al. Ultrafast and highly sensitive infrared photodetectors based on two-dimensional oxyselenide crystals // Nature Communications 2018. V. 9. P. 3311. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05874-2
  6. Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe и Pb S. (М., Наука, 1968).
  7. Vladimir K., Zinovi D., Minna S.C., Flitsiyan E., Leonid C. and Dmitry K. Infrared detectors based on semiconductor p-n junction of PbSe // JAP. 2012, V. 112. P. 086101. https://doi.org/10.1063/1.4759011
  8. Зимин С.П., Амиров И.И., Наумов В.В. Изменение проводимости тонких пленок селенида свинца после плазменного травления // ФТП. 2016. Т. 50. С. 1146.
  9. Sun X., Gao K., Pang X., Yang H., Volinsky A. A Structure and Composition Effects on Electrical and Optical Properties of Sputtered PbSe // Thin Solid Films 2015. V. 592. P. 59. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.09.009
  10. Peng H., Hwan S.J., Kanatzidis M.G. and Freeman A.J. Electronic structure and transport properties of doped PbS // PRB. 2011. V. 84. P. 125207. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.125207
  11. Тулина Н.А., Россоленко А.Н., Шмытько И.М., Борисенко И.Ю., Борисенко Д.Н., Колесников Н.Н. Свойства интерфейсных структур на основе оксидированного селенида свинца // 13-я Международная конференция «Фазовые превращения и прочность кристаллов», ФППК-2024: сб. тр. (28 октября – 1 ноября 2024) / Черноголовка. – 2024. – С. 37. (Принята в печать в журнал Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2025). https://doi.org/10.24412/cl-37267-FPPK-2024.35
  12. Wang Chen, Wu Huaqiang, Gao Bin, Zhang Teng, Yang Yuchao, Wang H.Q. // Microelectronic Engineering 2017. V.187. P. 121. https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.11.003
  13. Furqan Zahoor, Tun Zainal Azni Zulkifli and Farooq A.K. // Nanoscale Research Letters 2020. V. 15. P. 90. https://doi.org/10.1186/s11671-020-03299-9
  14. Wu J., Ye C., Zhang J., Deng T., He P., and Wang H. // Mater Sci Semicond Process 2016. V. 43. P. 144. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.12.012
  15. Pan F., Chen C., Wang Z.-S., Yang Y.-C., Yang J., and Zeng F. Nonvolatile Resistive Switching Memories-Characteristics, Mechanisms and Challenges // Progress in Natural Science: Materials International 2010 V. 20. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/S1002-0071(12)60001-X
  16. Zhu W., Li J., Xu X., Zhang L., and Zhao Y. Low Power and Ultrafast Multi-State Switching in nc-Al Induced Al2O3/AlxOy Bilayer Thin Film RRAM Device // IEEE Access 2020. V. 8. P. 16310. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2966026
  17. Sahu V.K., Das A.K., Ajimsha R.S. and Misra P. Controllable Conductance Quantization in Electrochemical Metallization Based Tantalum Oxide Crossbar RRAM Devices // J Phys D Appl Phys. 2020. V. 53. P. 1. https://doi.org/10.36227/techrxiv.24354880
  18. Böttger U., von Witzleben M., Havel V., Fleck K., Rana V., Waser R., and Menze l. Picosecond multilevel resistive switching in tantalum oxide thin films // Sci Rep. 2020. V. 10. P. 16391. https://doi.org/10.1038/s41598-020-73254-2
  19. Bhattacharjee S., Caruso E., Mcevoy N., Coileáin Ó., O’neill K., Ansari L., Duesberg G.S., Nagle R., Cherkaoui K., Gity F., Hurley P.K., and Coileáin C.Ó. Insights into Multi-Level Resistive Switching in Monolayer MoS // Acs Applied Materials & Interfaces 2020. V. 12. P. 6022. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.014018
  20. Lu Y.Y., Peng Y.T., Huang Y.T., Chen J.N., Jhou J., Lan L.W., Jian S.H., Kuo C.C., Hsieh S.H., Chen C.H., Sankar R., and Chou F.C. Compliance current dependent multilevel resistive switching in Titanium dioxide nanosheet based memory device // ACS Appl. Mater. Interfaces 2021. V. 13. P. 4618. htps://doi.org/10.1007/s10854-024-13777-w
  21. Abbas H., Ali A., Li J., Te Tun T.T., and Ang D.S. Forming-Free, Self-Compliance WTe2-Based Conductive Bridge RAM With Highly Uniform Multilevel Switching for High-Density Memory // IEEE Electron Device Letters 2023. V. 44, P. 253. https://doi.org/10.1109/led.2022.3231646
  22. Brzhezinskaya M., Kapitanova O.O., Kononenko O.V., Koveshnikov S., Korepanov V., Roshchupkin D. Large-scalable graphene oxide films with resistive switching for nonvolatilememory applications // J. Alloys Compd. 2020. V. 849. P. 156699. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156699
  23. Ковешников С.В., Коротицкий В.И. Достижение многоуровневого переключения в элементах резистивной памяти на основе оксида гафния // Наноиндустрия 2020. Т. 13. С. 673. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.5s.673.677
  24. Mahata C., Myounggon K., Kim S. Multi-Level Analog Resistive Switching Characteristics in Tri-Layer HfO2/Al2O3/HfO2 Based Memristor on ITO Electrode // Nanomaterials 2020. V. 10. P. 2069. https://doi.org/10.3390/nano10102069
  25. Fedotov M.I., Korotitsky V.I. and Koveshnikov S.V. Experimental and Theoretical Study of Intrinsic Variability in Hafnium Oxide Based RRAM // 2021 IEEE22nd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM), Souzga, the Altai Republic, Russia, 2021, pp. 26–32. https://doi.org/10.1109/EDM52169.2021.9507665

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пример 5 циклов ВАХ гетероперехода Ag/PbSeOх/PbSe микроконтактного типа. В левом нижнем углу стабильность On и Off состояний в гетероструктурах МК Ag/PbSeO/PbSe. В правом нижнем углу углу схематический вид гетероперехода Ag/PbSeOх/PbSe микроконтактного типа. Измерения выполнены на стенде ArcOne с подачей импульсов напряжения длительностью 200 мкс с нарастающей амплитудой и шагом напряжения 0.05 В

Скачать (222KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример 10 циклов воспроизводимых (несколько месяцев тренировки) резистивных переключений в гетеропереходах Ag/PbSeOх/PbSe с верхним электродом из пленки серебра диаметром 1 мм. В правом нижнем углу схема структуры

Скачать (142KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Переход Оff-Оn, ток от времени, нормированного на ширину импульса. 1 – T = 2 с; 2 – T = 1 c; 3 – T = 0.2 c; 4 – T = 40 мc; 5 – T = 10 мc; 6 – T = 2 мc; 7 – T = 1 мc; 8 – T = 0.2 мc. В верхней части рисунка показана форма сигналов импульсов

Скачать (182KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Переход Оn-Off, ток от времени, нормированного на ширину импульса. 1 – T = 4 с; 2 – T = 1 c; 3 – T = 0.2 c; 4 – T = 0.04 мc. В верхней части рисунка показана форма сигналов импульсов

Скачать (186KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость тока от времени при переходе в низкоомное состояние для периода импульсов T = 1 с с коэф. заполнения: 1 – D = 70 %; 2 – D = 60 %; 3 – D = 50 %; 4 – D = 20 %; 5 – D = 10 %. В верхней части рисунка показан пример формы сигналов импульсов с коэффициентом заполнения D = 50 %

Скачать (156KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Переход Оn-Off. Зависимость тока от времени при переходе в высокоомное состояние для периода импульсов T = 1 с с коэффициентом заполнения: 1 – D = 50 %; 2 – D = 25 %; 3 – D = 10 % (номера 11–13 в табл. 1). В верхней части рисунка показан пример формы сигналов импульсов с коэффициентом заполнения D = 50 %

Скачать (128KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Метастабильные резистивные состояния от времени. Зависимость сопротивления от времени при переходе в низкоомное состояние для периода импульсов T = 1 с с коэффициентом заполнения: 1 – D = 10 %; 2 – D = 9 %; 3 – D = 4 % (номера 1, 2 в табл. 1). В верхней части рисунка показан пример формы сигналов импульсов с коэффициентом заполнения D = 10 %

Скачать (136KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Метастабильные резистивные состояния от времени. Зависимость сопротивления от времени при переходе в низкоомное состояние для периода импульсов T = 200 мс с коэффициентом заполнения: 1 – D = 50 %; 2 – D = 45 %; 3 – D = 30 %; 4 – D = 25 %; 5 – D = 15 %; 6 – D = 5 % (номера 5, 6, 8–10 в табл. 1). В верхней части рисунка показан пример формы сигналов импульсов с коэффициентом заполнения D = 25

Скачать (185KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Метастабильные резистивные состояния от времени. Зависимость тока от времени при переходе в высокоомное состояние для периода импульсов T = 1 с с коэффициентом заполнения: 1 – D = 50 %; 2 – D = 25 %; 3 – D = 10 % (номера 11–13 в табл. 1). В верхней части рисунка показан пример формы сигналов импульсов с коэффициентом заполнения D = 10 %

Скачать (134KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025