RU189045U1 - Оксидный мемристор с концентраторами электрического поля - Google Patents
Оксидный мемристор с концентраторами электрического поля Download PDFInfo
- Publication number
- RU189045U1 RU189045U1 RU2018146460U RU2018146460U RU189045U1 RU 189045 U1 RU189045 U1 RU 189045U1 RU 2018146460 U RU2018146460 U RU 2018146460U RU 2018146460 U RU2018146460 U RU 2018146460U RU 189045 U1 RU189045 U1 RU 189045U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- electrode
- tantalum
- tantalum oxide
- deposited
- Prior art date
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 110
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 22
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims abstract description 11
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 7
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims abstract description 5
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 19
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 12
- NQKXFODBPINZFK-UHFFFAOYSA-N dioxotantalum Chemical compound O=[Ta]=O NQKXFODBPINZFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical class [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- GWPLDXSQJODASE-UHFFFAOYSA-N oxotantalum Chemical compound [Ta]=O GWPLDXSQJODASE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JXSUUUWRUITOQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3].[Zr+4].[Zr+4] JXSUUUWRUITOQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 102200091804 rs104894738 Human genes 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 239000004054 semiconductor nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к мемристорам с наноразмерной активной средой. Технический результат: обеспечение сочетания повышенных технологичности изготовления мемристора и стабилизации работы резистивной памяти мемристора, а также высоких временной стабильности параметров резистивной памяти и их устойчивости к многократному переключению. Сущность: мемристор содержит расположенную между первым и вторым электродами наноразмерную активную среду, выполненную на основе обеспечивающего филаментарный механизм переключения слоя диоксида циркония и обладающую резистивной памятью, стабилизированной в результате введения в указанную активную среду наноконцентраторов электрического поля. Первый электрод выполнен из нитрида титана, второй электрод - из тантала. Наноразмерная активная среда выполнена в виде слоя диоксида циркония, стабилизированного иттрием, и расположенного между этим слоем и первым электродом слоя оксида тантала. Наноразмерная среда содержит наноконцентраторы электрического поля, образованные при осаждении на первый электрод оксида тантала в виде нанокристаллических включений тантала в прилежащих к межслойной поверхностной границе раздела участках осажденного слоя оксида тантала и промежуточного интерфейсного слоя диоксида титана, сформированного на поверхности первого электрода при осаждении магнетронным распылением на него оксида тантала, сопровождаемом частичным замещением атомов азота на атомы кислорода. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Полезная модель относится к мемристорам с наноразмерной активной средой на основе диоксида циркония, расположенной между его двумя электродами и обладающей резистивной памятью, работа которой стабилизирована в результате введения в указанную активную среду наноконцентраторов электрического поля, и может быть использована при изготовлении мемристоров с указанной активной средой, обеспечивающей филаментарный механизм переключения мемристора.
Известные мемристоры с наноразмерной активной средой, расположенной между их двумя электродами, обладающей резистивной памятью и содержащей слой диоксида циркония без введения в нее наноконцентраторов электрического поля (см., например, изобретение «Мемристор на основе смешанного оксида металлов» в соответствии с патентом РФ №2472254, H01L 45/00, В82В 1/00, 2013), не удовлетворяют требованиям высокой временной стабильности параметров резистивной памяти и их устойчивости к многократному переключению.
Уровень техники в области мемристоров с наноразмерной активной средой, расположенной между его двумя электродами, обладающей резистивной памятью, работа которой модифицирована в результате введения в указанную активную среду наноконцентраторов электрического поля, например, мемристорный переключатель, включающий диэлектрическую подложку с нанесенным на нее электродом в виде проводящей пленки, нанесенный на электрод наноразмерный активный слой, а также второй электрод, выполненный в виде зонда сканирующего зондового микроскопа, и активный слой, выполненный в виде пленки фторида лития, содержащей нанокластеры меди (см. полезную модель «Мемристорный переключатель» по патенту РФ №159146, H01L 45/00, 2016), характеризуется резервом оптимизации изготовления мемристоров в связи с необходимостью проведения дополнительной операции по введению наноконцентраторов электрического поля.
К недостаткам приведенного примера, также относятся малое отношение сопротивлений между резистивными состояниями (менее 10) и то, что толщина активной области составляет сотни нанометров, вследствие чего сопротивление даже в проводящем состоянии превышает величину в 10 МОм.
В качестве прототипа предлагаемого способа выбран мемристор с расположенной между двумя электродами наноразмерной активной средой, состоящей из обеспечивающего филаментарный механизм переключения слоя диоксида циркония и обладающей резистивной памятью, работу которой которую стабилизируют в результате введения в указанную диэлектрическую структуру наноконцентраторов электрического поля в виде наночастиц полупроводникового материала (см. 10-й абзац на с. 5 описания изобретения «Оксидный резистор памяти, включающий полупроводниковые наночастицы» по заявке WO 2013005040, G11C 13/00, H01L 45/00, 2013).
Недостатком указанного прототипа является необходимость проведения дополнительной операции по введению наноконцентраторов электрического поля в виде наночастиц полупроводникового материала.
Известно также, что эффективность концентрации электрического поля вблизи поверхности полупроводниковых наночастиц, встроенных в диэлектрическую пленку, заключенную между двумя проводящими электродами, определяется разностью в значениях диэлектрической проницаемости материала наночастиц и диэлектрика [«Semiconductor Nanocrystals and Metal Nanoparticles: Physical Properties and Device Applications» / Eds. Chen Т., Liu Y. Boca Raton: CRC Press, 2016]. Поэтому полупроводниковые наночастицы, как концентраторы электрического поля, заведомо проигрывают металлическим.
Технический результат от использования предлагаемого мемристора - обеспечение сочетания повышенных технологичности изготовления указанного мемристора и стабилизации работы резистивной памяти мемристора в результате исключения необходимости в дополнительном введении наноконцентраторов электрического поля в наноразмерную активную среду мемристора на основе диоксида циркония, стабилизированного иттрием, расположенную между его двумя электродами и обладающую резистивной памятью, т.е. в результате совмещения введения наноконцентраторов электрического поля с процессом формирования упомянутой активной среды в связи с образованием указанных наноконцентраторов в виде нанокристаллических включений тантала в прилежащих к межслойной поверхностной границе раздела участках промежуточного осаждаемого слоя оксида тантала и интерфейсного слоя диоксида титана, формируемого на поверхности одного из электродов, изготовленного из нитрида титана, при частичном замещении атомов азота на атомы кислорода в процессе осаждения на указанном электроде слоя оксида тантала, а также в результате одновременного улучшения обмена ионами кислорода между слоем диоксида циркония, стабилизированного иттрием, и указанным электродом и усилением при резистивном переключении потока ионов кислорода в связи с указанным формированием интерфейсного слоя диоксида титана и формирования указанной активной среды на основе соседних слоев диоксида циркония, стабилизированного иттрием, и функционированием слоя оксида тантала на основе механизма фазовой перестройки, усиливающей эффект резистивного переключения и обеспечивающей, соответственно, высокие временную стабильность параметров резистивной памяти и их устойчивость к многократному переключению.
Технический результат в случае изготовления второго из электродов осаждением тантала магнетронным распылением на слое диоксида циркония, стабилизированного иттрием, заключается в дополнительном улучшении обмена ионами кислорода между слоем диоксида циркония, стабилизированного иттрием, и указанным электродом в результате формирования интерфейсного слоя диоксида тантала при частичном окислении тантала в процессе его осаждения на слое указанного диоксида циркония.
Для достижения указанного технического результата в мемристоре, содержащем расположенную между первым и вторым электродами наноразмерную активную среду, выполненную на основе обеспечивающего филаментарный механизм переключения слоя диоксида циркония и обладающую резистивной памятью, стабилизированной в результате введения в указанную активную среду наноконцентраторов электрического поля, первый электрод выполнен из нитрида титана и второй электрод - из тантала.
При этом упомянутая наноразмерная активная среда выполнена в виде слоя диоксида циркония, стабилизированного иттрием, и расположенного между этим слоем и первым электродом слоя оксида тантала, и содержит наноконцентраторы электрического поля, образованные при осаждении на первый электрод оксида тантала в виде нанокристаллических включений тантала в прилежащих к межслойной поверхностной границе раздела участках осажденного слоя оксида тантала и промежуточного интерфейсного слоя диоксида титана, сформированного на поверхности первого электрода при осаждении магнетронным распылением на него оксида тантала, сопровождаемом частичным замещением атомов азота на атомы кислорода.
Для дополнительного усиления в наноструктурной активной среде предлагаемого мемристра при резистивном переключении потока ионов кислорода в случае изготовления второго электрода осаждением тантала магнетронным распылением на слое диоксида циркония, стабилизированного иттрием, сопровождаемым частичным окислением тантала, между вторым электродом и слоем диоксида циркония, стабилизированного иттрием, может быть расположен промежуточный интерфейсный слой диоксида тантала, сформированный при указанном осаждении тантала.
В частном случае выполнения предлагаемого мемристора, последний содержит первый электрод, выполненный в виде слоя нитрида титана - TiN толщиной 20 нм, напыленного на адгезионном слое титана толщиной 20 нм, осажденном на окисленной пластине кремния, наноразмерную активную среду, выполненную в виде напыленного на первый электрод слоя оксида тантала - Ta2O5 толщиной 10 нм и напыленного на последний слоя диоксида циркония - ZrO2, стабилизированного иттрием, толщиной 10 нм, с сформированными при осаждении оксида тантала промежуточным интерфейсным слоем диоксида титана - TiO2 толщиной 4 нм на поверхности первого электрода и наноконцентраторами электрического поля в виде нанокристаллических включений тантала размерами до 3 нм, образованных в участках осажденного слоя оксида тантала - Ta2O5 и промежуточного интерфейсного слоя диоксида титана - TiO2, прилежащих к поверхностной границе их раздела, и второй электрод, выполненный в виде напыленного на указанный слой диоксида циркония, стабилизированного иттрием, верхнего слоя тантала толщиной 8 нм со сформированным на поверхности указанного слоя диоксида циркония при осаждении указанного тантала промежуточным интерфейсным слоем диоксида тантала - TaO2 толщиной 4 нм при использовании при напылениях указанных оксидов и нитрида ВЧ-магнетронного распыления при температуре 300°С и остальных указанных слоев магнетронного распыления на постоянном токе при температуре 200°С.
Для улучшения работоспособности предлагаемого мемристора последний может дополнительно содержать напыленный на поверхности второго электрода магнетронным распылением при постоянном токе при температуре 200°С слой золота толщиной 20 нм.
На фиг. 1 показана структура предлагаемого мемристора; на фиг. 2 - характерные вольтамперные характеристики предлагаемого мемристора после 100 циклов переключения и на фиг. 3 - данные по устойчивости и воспроизводимости переключения предлагаемого мемристора в зависимости от количества циклов импульсного переключения.
Предлагаемый мемристор (см. фиг. 1) содержит первый электрод, выполненный в виде слоя 1 нитрида титана (TiN) толщиной 20 нм, напыленного на адгезионном слое титана (на фиг. 1 не показан) толщиной 20 нм, осажденном на окисленной пластине кремния (на фиг. 1 не показана), наноразмерную активную среду, выполненную в виде напыленного на первый электрод слоя 2 оксида тантала (Ta2O5) толщиной 10 нм и напыленного на слой 2 слоя 3 диоксида циркония (ZrO2), стабилизированного иттрием, толщиной 10 нм, со сформированными при осаждении оксида тантала промежуточным интерфейсным слоем 4 диоксида титана (TiO2) толщиной 4 нм на поверхности первого электрода и наноконцентраторами электрического поля в виде нанокристаллических включений 5 тантала размерами до 3 нм, образованных в участках промежуточного интерфейсного слоя 4 диоксида титана (TiO2) и осаждаемого слоя 2 оксида тантала (Ta2O5), прилежащих к поверхностной границе их раздела, и второй электрод, выполненный в виде напыленного на указанный слой 3 диоксида циркония, стабилизированного иттрием, промежуточного слоя 6 тантала толщиной 8 нм, на который напылен верхний слой 7 золота толщиной 20 нм, со сформированным при осаждении указанного тантала промежуточного интерфейсного слоя 8 диоксида тантала (TaO2) толщиной 4 нм на поверхности указанного слоя 3 диоксида циркония при использовании ВЧ-магнетронного распыления при температуре 300°С при напылениях указанных оксидов и нитрида и магнетронного распыления на постоянном токе при температуре 200°С при напылениях остальных указанных слоев.
Предлагаемый мемристор работает следующим образом.
В ходе электроформовки при отрицательном смещении за счет электрополевой миграции ионов (вакансий) кислорода происходит формирование проводящего канала (филамента), показанного сплошной кривой линией А на фиг. 1 и распространяющегося от второго электрода 8 и подслоя с избытком кислородных вакансий через межзеренную границу в слое 3 диоксида циркония (ZrO2), стабилизированного иттрием, к слою 2 оксида тантала (Ta2O5) в области, прилегающей к ближайшему нанокристаллическому включению тантала 5, служащему концентратором электрического поля.
Состав слоев (см. фиг. 1) контролировался методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на контрольных пленках. Методом просвечивающей электронной микроскопии поперечного сечения (Х-ТЕМ) было установлено, что слои 2 оксида тантала и 6 тантала являются аморфными в исходном состоянии, а слой 3 оксида циркония, стабилизированного иттрием (Y), характеризуется колончатой поликристаллической структурой с высокой плотностью межзеренных (межколончатых) границ, схематически показанных в виде пунктирной кривой линии Б на фиг. 1.
В процессе осаждения слоя оксида тантала на границе со слоем нитрида титана (TIN) - в прилежащем к поверхности первого электрода (слой 1 нитрида титана) участке слоя 2 оксида тантала происходило частичное замещение атомов азота на атомы кислорода с формированием интерфейсного слоя 4 диоксида титана и в прилежащих к поверхностной границе раздела участках промежуточного интерфейсного слоя 4 диоксида титана (TiO2) и осаждаемого слоя 2 оксида тантала (Ta2O5) формирование нанокристаллических включений 5 тантала. Переходный слой 2 из окисленного тантала формировался на интерфейсном слое 4 диоксида титана, расположенном между слоем 3 оксида циркония, стабилизированного иттрием, и вторым электродом (слой 6 тантала), создавая избыток кислородных вакансий в указанном слое 3 оксида циркония.
После электроформовки при отрицательном смещении полученная мемристорная структура демонстрирует биполярное резистивное переключение (фиг.2), для которого характерно нелинейное высокоомное состояние (СВС) и два вида низкоомных состояний (СНС - линейное и нелинейное). После нескольких сотен циклов стабилизируется переключение между указанными нелинейными состояниями, которые характеризуются низким разбросом значений сопротивления (фиг. 3).
Полученный результат интерпретируется на основе следующего механизма формирования филаментов с центральной проводящей частью в слое 3 оксида циркония, стабилизированного иттрием, и воспроизводимых структурных превращений в слое 2 оксида тантала между более проводящей рутилоподобной фазой ТаОх, сформировавшейся в процессе электроформовки, и диэлектрической фазой Та2О5. В этом случае линейное СНС соответствует формированию металлического филамента в оксидных слоях после электроформовки, а нелинейное СНС и нелинейное СВС - различным структурным состояниям слоя 2 оксида тантала. Структурное превращение ТаОх→Та2О5 становится возможными при джоулевом нагреве локальной области вблизи филамента в проводящем состоянии до температур более 800°С при одновременном насыщении пленки оксида тантала кислородом из прилежащих слоев до концентрации более 4 ат. % [S.P. Garg, N. Krishnamurthy, A. Awasthi, and М. Venkataram, "The О-Та (Oxygen-Tantalum) System," J. Phase Equilibria: Phase Diagram Eval. Sec. II, 17 [1] 63-77 (1996)]. Джоулев разогрев в области филамента и возможные направления кислородного обмена в пленке Та2О5 схематически отображены на фиг.1.
Таким образом, стабилизация резистивных состояний объясняется наличием границ зерен в слое 3 стабилизированного иттрием оксида циркония (ZrO2(Y)) как предпочтительных мест для зарождения филаментов, наличием нанокристаллических включений 5 тантала в качестве концентраторов электрического поля в слое оксида тантала 2 и улучшенным обменом кислородом между слоем 2 оксида тантала, слоем 3 оксида циркония, стабилизированного иттрием, и первым электродом (слой 1 нитрида титана), а также интерфейсным слоем 8 диоксида тантала со вторым электродом (слой 6 тантала).
Воспроизводимое стабильное плавное резистивное переключение между нелинейными состояниями, достигаемое при использовании предлагаемого способа, перспективно для адаптивного программирования мемристорных элементов в больших пассивных массивах «кросс-бар».
Claims (4)
1. Мемристор, содержащий расположенную между первым и вторым электродами наноразмерную активную среду, выполненную на основе обеспечивающего филаментарный механизм переключения слоя диоксида циркония и обладающую резистивной памятью, стабилизированной в результате введения в указанную активную среду наноконцентраторов электрического поля, отличающийся тем, что первый электрод выполнен из нитрида титана и второй электрод -из тантала, при этом упомянутая наноразмерная активная среда выполнена в виде слоя диоксида циркония, стабилизированного иттрием, и расположенного между этим слоем и первым электродом слоя оксида тантала, и содержит наноконцентраторы электрического поля, образованные при осаждении на первый электрод оксида тантала в виде нанокристаллических включений тантала в прилежащих к межслойной поверхностной границе раздела участках осажденного слоя оксида тантала и промежуточного интерфейсного слоя диоксида титана, сформированного на поверхности первого электрода при осаждении магнетронным распылением на него оксида тантала, сопровождаемым частичным замещением атомов азота на атомы кислорода.
2. Мемристор по п. 1, отличающийся тем, что между вторым электродом и слоем диоксида циркония, стабилизированного иттрием, расположен промежуточный интерфейсный слой диоксида тантала, сформированный при изготовлении второго электрода осаждением магнетронным распылением тантала на слое диоксида циркония, стабилизированного иттрием, сопровождаемым частичным окислением тантала.
3. Мемристор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что содержит первый электрод, выполненный в виде слоя нитрида титана - TiN толщиной 20 нм, напыленного на адгезионном слое титана толщиной 20 нм, осажденном на окисленной пластине кремния, наноразмерную активную среду, выполненную в виде напыленного на первый электрод слоя оксида тантала - Ta2O5 толщиной 10 нм и напыленного на последний слоя диоксида циркония - ZrO2, стабилизированного иттрием, толщиной 10 нм, с сформированными при осаждении оксида тантала промежуточным интерфейсным слоем диоксида титана - TiO2 толщиной 4 нм на поверхности первого электрода и наноконцентраторами электрического поля в виде нанокристаллических включений тантала размерами до 3 нм, образованных в участках осажденного слоя оксида тантала - Ta2O5 и промежуточного интерфейсного слоя диоксида титана - TiO2, прилежащих к поверхностной границе их раздела, и второй электрод, выполненный в виде напыленного на указанный слой диоксида циркония, стабилизированного иттрием, верхнего слоя тантала толщиной 8 нм со сформированным на поверхности указанного слоя диоксида циркония при осаждении указанного тантала промежуточным интерфейсным слоем диоксида тантала - TaO2 толщиной 4 нм при использовании при напылениях указанных оксидов и нитрида ВЧ-магнетронного распыления при температуре 300°С и остальных указанных слоев магнетронного распыления на постоянном токе при температуре 200°С.
4. Мемристор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит напыленный на поверхности второго электрода магнетронным распылением при постоянном токе при температуре 200°С слой золота толщиной 20 нм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018146460U RU189045U1 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Оксидный мемристор с концентраторами электрического поля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018146460U RU189045U1 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Оксидный мемристор с концентраторами электрического поля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU189045U1 true RU189045U1 (ru) | 2019-05-07 |
Family
ID=66430926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018146460U RU189045U1 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Оксидный мемристор с концентраторами электрического поля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU189045U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711580C1 (ru) * | 2019-10-04 | 2020-01-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Активный слой мемристора |
| RU2767721C1 (ru) * | 2021-07-07 | 2022-03-18 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана (Национальный Исследовательский Университет)" | Способ формирования мемристивных структур на основе композитных оксидов с агломератами наночастиц |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013005040A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Ucl Business Plc | Oxide memory resistor including semiconductor nanoparticles |
| RU2472254C9 (ru) * | 2011-11-14 | 2013-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" (МФТИ) | Мемристор на основе смешанного оксида металлов |
| RU149246U1 (ru) * | 2014-08-01 | 2014-12-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Элемент резистивной энергонезависимой памяти |
| US8927955B2 (en) * | 2010-03-24 | 2015-01-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Resistance change memory |
| US9236118B2 (en) * | 2008-12-19 | 2016-01-12 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Non-volatile resistance-switching thin film devices |
| US9336870B1 (en) * | 2013-08-16 | 2016-05-10 | Sandia Corporation | Methods for resistive switching of memristors |
| US9412446B1 (en) * | 2013-08-16 | 2016-08-09 | Sandia Corporation | Multilevel resistive information storage and retrieval |
| US20180269394A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | Toshiba Memory Corporation | Variable resistance element and memory device |
-
2018
- 2018-12-26 RU RU2018146460U patent/RU189045U1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9236118B2 (en) * | 2008-12-19 | 2016-01-12 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Non-volatile resistance-switching thin film devices |
| US8927955B2 (en) * | 2010-03-24 | 2015-01-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Resistance change memory |
| WO2013005040A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Ucl Business Plc | Oxide memory resistor including semiconductor nanoparticles |
| RU2472254C9 (ru) * | 2011-11-14 | 2013-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" (МФТИ) | Мемристор на основе смешанного оксида металлов |
| US9336870B1 (en) * | 2013-08-16 | 2016-05-10 | Sandia Corporation | Methods for resistive switching of memristors |
| US9412446B1 (en) * | 2013-08-16 | 2016-08-09 | Sandia Corporation | Multilevel resistive information storage and retrieval |
| RU149246U1 (ru) * | 2014-08-01 | 2014-12-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Элемент резистивной энергонезависимой памяти |
| US20180269394A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | Toshiba Memory Corporation | Variable resistance element and memory device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711580C1 (ru) * | 2019-10-04 | 2020-01-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Активный слой мемристора |
| RU2767721C1 (ru) * | 2021-07-07 | 2022-03-18 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана (Национальный Исследовательский Университет)" | Способ формирования мемристивных структур на основе композитных оксидов с агломератами наночастиц |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5827414B2 (ja) | 混合金属酸化物をベースとするメモリスタ | |
| Chen et al. | Conductance quantization in oxygen-anion-migration-based resistive switching memory devices | |
| KR100693409B1 (ko) | 산화막의 저항변화를 이용한 비휘발성 기억소자 및 그제조방법 | |
| Ismail et al. | Stabilized and RESET-voltage controlled multi-level switching characteristics in ZrO2-based memristors by inserting a-ZTO interface layer | |
| WO2016123881A1 (zh) | 非挥发性阻变存储器件及其制备方法 | |
| CN109659433B (zh) | 一种易失和非易失电阻转变行为可调控的忆阻器及其制备方法 | |
| TW201133967A (en) | Memristors based on mixed-metal-valence compounds | |
| JP2010512018A (ja) | メモリ素子およびその製造方法 | |
| JP2018538701A5 (ru) | ||
| JP2009218260A (ja) | 抵抗変化型素子 | |
| JP2018538701A (ja) | メモリスタ素子およびその製造の方法 | |
| RU189045U1 (ru) | Оксидный мемристор с концентраторами электрического поля | |
| Praveen et al. | Top electrode dependent resistive switching in M/ZnO/ITO memristors, M= Al, ITO, Cu, and Au | |
| Prakash et al. | Impact of electrically formed interfacial layer and improved memory characteristics of IrO x/high-κ x/W structures containing AlO x, GdO x, HfO x, and TaO x switching materials | |
| Vlasov et al. | Methods for improvement of the consistency and durability of the inorganic memristor structures | |
| RU149246U1 (ru) | Элемент резистивной энергонезависимой памяти | |
| US20180026184A1 (en) | Resistance random access memory device | |
| Liu et al. | Interfacial resistive switching properties in Ti/La0. 7Ca0. 3MnO3/Pt sandwich structures | |
| RU2706207C1 (ru) | Способ изготовления мемристора с наноконцентраторами электрического поля | |
| TW201312816A (zh) | 電阻式記憶體 | |
| WO2022260595A2 (en) | Non-volatile memory and methods of fabricating the same | |
| Zhang et al. | The Function of buffer layer in resistive switching device | |
| Filatov et al. | Atomic-Force Microscopy of Resistive Nonstationary Signal Switching in ZrO 2 (Y) Films | |
| CN109873075B (zh) | 磁电耦合器件 | |
| Dai et al. | Ge2Sb2Te5 nanobelts by femtosecond laser direct writing for resistive switching devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190529 |
|
| TK9K | Obvious and technical errors in the register or in publications corrected via the gazette [utility model] |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -MM9K- IN JOURNAL 24-2020 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190529 |
|
| NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20211213 |