RU2585963C1

RU2585963C1 - Method of determining electrophysical parameters of capacitor structure of memristor characterising moulding process

Info

Publication number: RU2585963C1
Application number: RU2015113077/28A
Authority: RU
Inventors: Станислав Викторович Тихов; Олег Николаевич Горшков; Иван Николаевич Антонов; Александр Петрович Касаткин; Мария Николаевна Коряжкина; Александр Николаевич Шарапов
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2016-06-10

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: invention relates to nanotechnology, namely to methods of measuring parameters of nano structures, and can be used for determination of electro-physical parameters of capacitive structure memristor characterizing process of molding. Method to determine electro-physical parameters of capacitive structure of memristor characterizing process of molding, includes measurement of volt-ampere and impedance characteristics. Novelty is that selected memristors in form of metal-dielectric-semiconductor capacitors with comparable vessels dielectric and space-charge region of semiconductor, and with no fixation (pinning) Fermi level on this interface; for these structures spectral characteristic of the capacitor is measured photoEMF; from measured characteristics determined electro-physical parameters of structures, which characterise originating in forming change in dielectric, and at boundary of dielectric/semiconductor and semiconductor: capture of charge carriers surface states on boundary dielectric/semiconductor, movement of ions, electrochemical reaction, defects formation.

EFFECT: invention provides the extended diagnostic capabilities of measuring characteristics and high degree of prediction of electro-physical parameters of memristors in form of MIS-condensers to optimise production at their development, besides, invention extends range of methods of measuring technology in up-to-date production of memristors, which are basis of new generation devices of non-volatile memory.

2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам измерения параметров наноструктур, и может быть использовано при определении электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки. В частности, для мемристоров в виде конденсаторов металл - диэлектрик - полупроводник (МДП) определяются электрофизические параметры, которые характеризуют происходящие при формовке изменения не только в диэлектрике, но также на границе раздела (ГР) диэлектрик/полупроводник (ДП) и в полупроводнике (захват носителей заряда поверхностными состояниями (ПС) на ГР ДП, перемещение ионов, электрохимические реакции, дефектообразование).The present invention relates to the field of nanotechnology, and in particular to methods for measuring the parameters of nanostructures, and can be used to determine the electrophysical parameters of the capacitor structure of a memristor that characterize the molding process. In particular, for memristors in the form of metal-dielectric-semiconductor (MIS) capacitors, the electrophysical parameters are determined that characterize the changes occurring during molding not only in the dielectric, but also at the dielectric / semiconductor (DP) and in the semiconductor (capture) interfaces charge carriers by surface states (PS) on GR DP, ion displacement, electrochemical reactions, defect formation).

Элемент резистивной памяти с произвольным доступом (англ.: Resistive Switching Random Access Memory), другое название - мемристор (англ.: memristor = memory + resistor), - основа нового поколения устройств энергонезависимой памяти, работа которых осуществляется путем использования двух устойчивых состояний диэлектрика: состояния с высоким сопротивлением (СВС) и состояния с низким сопротивлением (СНС), резистивное переключение (РП) между которыми осуществляется путем приложения внешнего напряжения [Waser R., Aono М. // Nature Mater. - 2007. - V. 6. - P. 833-840]. О важности проведения исследований мемристоров в настоящее время свидетельствует включение этих исследований в Международный план по развитию полупроводниковой технологии (англ: International Technology Roadmap for Semiconductors) [Mickel P.R., Lohn A.J., Marinella M.J. // Mod. Phys. Lett. B. - 2014. - V. 28 (No. 10). - P. 1430003-1 - 1430003-25]. В качестве мемристора используется в основном структура в виде конденсаторов металл - диэлектрик - металл (МДМ) и реже в виде МДП-конденсаторов. Для возникновения СВС и СНС используют, как правило, процесс формовки: приложение к конденсатору напряжения, большего некоторого минимального напряжения (напряжения формовки) и приводящего к существенному изменению электрофизических свойств конденсатора.The element of resistive memory with random access (Eng .: Resistive Switching Random Access Memory), another name is memristor (eng: memristor = memory + resistor), is the basis of a new generation of non-volatile memory devices that work by using two stable dielectric states: high resistance state (SHS) and low resistance state (SSS), resistive switching (RP) between which is carried out by applying external voltage [Waser R., Aono M. // Nature Mater. - 2007. - V. 6. - P. 833-840]. The importance of conducting memristor research is currently evidenced by the inclusion of these studies in the International Plan for the Development of Semiconductor Technology (Mickel P.R., Lohn A.J., Marinella M.J. // Mod. Phys. Lett. B. - 2014 .-- V. 28 (No. 10). - P. 1430003-1 - 1430003-25]. As a memristor, the main structure is used in the form of metal - dielectric - metal (MDM) capacitors and less often in the form of MIS capacitors. For the occurrence of SHS and SNA, as a rule, the molding process is used: applying a voltage to the capacitor that is greater than a certain minimum voltage (molding voltage) and leading to a significant change in the electrophysical properties of the capacitor.

Происходящие в процессе формовки и РП явления изучаются, начиная с 60-х годов прошлого века [Крейнина Г. С.// Радиотехника и электроника. - 1960. - Т. 5 (№8). - С. 1338-1341]. Уже в одном из первых обзоров на эту тему (Dearnaley G., Stoneham A.M., Morgan D.V. // Rept. Progr. Phys. - 1970. - V. 33. - P. 1129-1191) отмечалось, что для оптимизации параметров мемристоров важным является развитие моделей отдельно как процесса формовки, так и РП и обсуждался ряд таких моделей. Модели процесса формовки и РП, развитые в последнее время, приведены, например, в одном из последних обзоров на эту тему [Mickel P.R., Lohn A.J., Marinella М.J. // Mod. Phys. Lett. В. - 2014. - V. 28 (No. 10). - P. 1430003-1 - 1430003-25].The phenomena occurring in the process of molding and RP are studied starting from the 60s of the last century [G. Kreinina, S. // Radio engineering and electronics. - 1960. - T. 5 (No. 8). - S. 1338-1341]. Already in one of the first reviews on this subject (Dearnaley G., Stoneham AM, Morgan DV // Rept. Progr. Phys. - 1970. - V. 33. - P. 1129-1191) it was noted that it is important to optimize memristor parameters is the development of models separately as a molding process, and RP, and a number of such models were discussed. Recently developed models of the molding process and RP are given, for example, in one of the latest reviews on this subject [Mickel P.R., Lohn A.J., Marinella M.J. // Mod. Phys. Lett. B. - 2014 .-- V. 28 (No. 10). - P. 1430003-1 - 1430003-25].

На данный момент, коммерческое производство мемристоров практически отсутствует. Основной причиной этого является то, что процессы формовки и РП остаются недостаточно изученными, особенно для ряда новых тонкопленочных диэлектрических материалов, что затрудняет развитие адекватных моделей процесса формовки и РП и сдерживает оптимизацию технологии изготовления мемристоров. Такое положение в области нанотехнологий, связанной с созданием мемристоров, требует расширения диагностических возможностей измерения характеристик конденсаторных структур мемристоров и повышения степени прогнозирования получаемых из этих характеристик электрофизических параметров мемристоров, которые являются исходными для моделирования процессов формовки и РП. В частности, задача расширения диагностических возможностей измерения и повышения степени прогнозирования электрофизических параметров мемристоров для оптимизации технологии их изготовления возникает потому, что наличие двух металлических электродов в мемристорах в виде МДМ-конденсаторов затрудняет детальное изучение процессов формовки и РП. Например, для ряда структур является трудным разделить явления, происходящие на разных электродах.At the moment, there is virtually no commercial production of memristors. The main reason for this is that the molding and RP processes are still poorly studied, especially for a number of new thin-film dielectric materials, which complicates the development of adequate models of the molding and RP processes and hinders the optimization of memristor manufacturing technology. This situation in the field of nanotechnology associated with the creation of memristors requires the expansion of diagnostic capabilities for measuring the characteristics of capacitor structures of memristors and increasing the degree of prediction of the electrophysical parameters of memristors obtained from these characteristics, which are the initial ones for modeling molding and RP processes. In particular, the task of expanding the diagnostic capabilities of measuring and increasing the degree of prediction of the electrophysical parameters of memristors to optimize their manufacturing technology arises because the presence of two metal electrodes in memristors in the form of MDM capacitors complicates a detailed study of molding and RP processes. For example, for a number of structures it is difficult to separate the phenomena occurring on different electrodes.

Известен способ измерения с помощью импедансной спектроскопии электрофизических параметров, демонстрирующих процессы РП и памяти в мемристорах в виде МДМ-конденсаторов на основе нанометровых пленок оксида никеля [You Y. - Н., So В. - S., Hwang J. - Н. et al. // APL. - 2006. - V. 89. - P. 222105] и диоксида циркония [Karkkanen I., Shabko A., Heikkila M. et al. // Phys. Status Solidi A. - 2015. DOI 10.1002/pssa.201431489].A known method of measurement using impedance spectroscopy of electrophysical parameters demonstrating the processes of RP and memory in memristors in the form of MDM capacitors based on nanometer films of nickel oxide [You Y. - N., So B. - S., Hwang J. - N. et al. // APL. - 2006. - V. 89. - P. 222105] and zirconium dioxide [Karkkanen I., Shabko A., Heikkila M. et al. // Phys. Status Solidi A. - 2015. DOI 10.1002 / pssa.201431489].

Близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ измерения электрофизических параметров мемристоров в виде МДП-конденсаторов [Guan W., Long S., Jia R. // Appl. Phys. Lett. - 2007. - V. 91 (062111). - P. 1-3], основанный на измерении вольт-амперных характеристик (ВАХ) структуры Au/ZrO₂/np-Au/ZrO₂/n⁺-Si, где np-Au - наночастицы золота.Close in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a method for measuring the electrophysical parameters of memristors in the form of MIS capacitors [Guan W., Long S., Jia R. // Appl. Phys. Lett. - 2007 .-- V. 91 (062111). - P. 1-3], based on the measurement of the current-voltage characteristics (CVC) of the structure Au / ZrO ₂ / np-Au / ZrO ₂ / n ⁺ -Si, where np-Au are gold nanoparticles.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ определения электрофизических параметров мемристоров в виде МДП-конденсаторов [Mehonic A., Cueff S., Wojdak М. et al. // J. Appl. Phys. - 2012. - V.111 (074507). - P. 1-9], принятый за ближайший аналог (прототип). В способе по прототипу проводят определение электрофизических параметров мемристоров в виде структур ITO (n-poly Si)/SiO_x/p-Si, где ITO - оксид индия-олова, n-poly Si - поликристаллический кремний n-типа, подверженный высокотемпературной обработке), основанном на измерении ВАХ, временных токовых характеристик и импеданса структуры. Верхний электрод ITO, хотя и является оксидом, но имеет высокую электронную проводимость и поэтому исполняет роль металлического электрода. Верхний электрод n-poly Si, подверженный высокотемпературной обработке, хотя и является полупроводником, но также имеет высокую электронную проводимость и также исполняет роль металлического электрода. Подложка p-Si является полупроводником, и мемристор имеет вид МДП-конденсатора. Однако из используемых в прототипе эквивалентных схем мемристора следует, что емкость области пространственного заряда p-Si является пренебрежимо малой, то есть концентрация дырок в подложке является настолько высокой, что она, как и верхний электрод, исполняет роль металлического электрода. Измеряемые ВАХ мемристора используются для иллюстрации РП, временные токовые характеристики - для иллюстрации процесса перехода из СВС в СНС и процесса обратного перехода, импедансные характеристики - только для импедансной спектроскопии (построения зависимостей Коула - Коула). Из этих зависимостей определяются параметры эквивалентных схем мемристора. Эти параметры являются электрофизическими параметрами мемристора в виде МДП-конденсатора, которые характеризуют процесс формовки и РП структуры мемристора. В работе проводится моделирование характеристик импедансной спектроскопии в предположении туннельного механизма переноса носителей тока (туннелирование Фаулера - Нордгейма или туннелирование электронов, сопровождаемое захватом их ловушками). Поэтому сами зависимости Коула - Коула также могут считаться электрофизическими параметрами, характеризующими процесс формовки и РП структуры мемристора. Такое моделирование в рамках принятой модели приводит к микроскопическим параметрам, характеризующим туннелирование (высота барьера или значение энергии уровня ловушек соответственно).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a method for determining the electrophysical parameters of memristors in the form of MIS capacitors [Mehonic A., Cueff S., Wojdak M. et al. // J. Appl. Phys. - 2012 .-- V.111 (074507). - P. 1-9], adopted for the closest analogue (prototype). In the prototype method, the electrophysical parameters of memristors are determined in the form of ITO (n-poly Si) / SiO _x / p-Si structures, where ITO is indium tin oxide, n-poly Si is n-type polycrystalline silicon subjected to high temperature processing) based on the measurement of the current-voltage characteristic, time current characteristics and structure impedance. The ITO top electrode, although an oxide, has high electronic conductivity and therefore acts as a metal electrode. The n-poly Si top electrode, which is subject to high-temperature processing, although it is a semiconductor, but also has high electronic conductivity and also acts as a metal electrode. The p-Si substrate is a semiconductor, and the memristor has the appearance of an MIS capacitor. However, it follows from the equivalent memristor circuits used in the prototype that the capacitance of the p-Si space-charge region is negligible, that is, the concentration of holes in the substrate is so high that, like the upper electrode, it acts as a metal electrode. The measured I – V characteristics of the memristor are used to illustrate the RP, the time current characteristics are used to illustrate the transition from SHS to the SNA and the reverse transition process, the impedance characteristics are used only for impedance spectroscopy (building Cole - Cole dependencies). From these dependencies, the parameters of equivalent memristor circuits are determined. These parameters are the electrophysical parameters of the memristor in the form of an MIS capacitor, which characterize the molding process and the RP structure of the memristor. The paper simulates the characteristics of impedance spectroscopy under the assumption of a tunneling mechanism for the transfer of current carriers (Fowler – Nordheim tunneling or tunneling of electrons, accompanied by trapping of them by traps). Therefore, the Cole – Cole dependences themselves can also be considered as electrophysical parameters characterizing the molding process and the RP structure of the memristor. Such modeling within the framework of the adopted model leads to microscopic parameters characterizing tunneling (barrier height or energy level of traps, respectively).

Недостатком способа измерения электрофизических параметров мемристоров по прототипу является то, что полупроводник исполняет роль металлического электрода. Поэтому измеряемые характеристики мемристора и определяемые из них параметры характеризуют только процессы, происходящие в диэлектрике, что не позволяют проводить детальное изучение процессов формовки и РП мемристоров. Например, способ по прототипу не позволяет определить электрофизические параметры конденсаторных структур мемристоров, характеризующих процесс формовки и происходящих в результате эмиссии электронов из электрода в диэлектрик и из диэлектрика в электрод и при электрополевой миграции ионов в диэлектрике.The disadvantage of the method of measuring the electrophysical parameters of memristors of the prototype is that the semiconductor plays the role of a metal electrode. Therefore, the measured characteristics of the memristor and the parameters determined from them characterize only the processes occurring in the dielectric, which does not allow a detailed study of the molding processes and RP of memristors. For example, the prototype method does not allow determining the electrophysical parameters of the capacitor structures of memristors characterizing the molding process and resulting from the emission of electrons from the electrode to the dielectric and from the dielectric to the electrode and during electric field migration of ions in the dielectric.

Реализация нового способа измерения электрофизических параметров мемристоров в виде МДП-конденсаторов связана, во-первых, с выбором такого содержания мелкой примеси в полупроводнике, которое обеспечивает соизмеримость емкостей диэлектрика и области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника, и, во-вторых, с получением структур с низкой плотностью поверхностных состояний на ГР ДП для устранения фиксации (пиннинга) уровня Ферми на этой ГР.The implementation of a new method for measuring the electrophysical parameters of memristors in the form of MIS capacitors is associated, firstly, with the choice of such a fine impurity content in the semiconductor that ensures the commensurability of the dielectric capacitance and the space charge region (SCR) of the semiconductor, and, secondly, with the formation of structures with a low density of surface states on the GR DP to eliminate the fixation (pinning) of the Fermi level on this GR.

Задачей настоящего изобретения является реализация нового способа определения электрофизических параметров мемристора в виде МДП-конденсатора, характеризующих процесс формовки. В частности, для мемристора в виде МДП-конденсатора определяются параметры, которые характеризуют происходящие при формовке изменения не только в диэлектрике, но также на ГР ДП и в полупроводнике (захват носителей заряда ПС на ГР ДП, перемещение ионов, электрохимические реакции, дефектообразование).The present invention is the implementation of a new method for determining the electrophysical parameters of the memristor in the form of a MIS capacitor, characterizing the molding process. In particular, for a memristor in the form of an MIS capacitor, parameters are determined that characterize the changes occurring during molding not only in the dielectric, but also on the GR DP and in the semiconductor (capture of PS charge carriers on the GR DP, ion transfer, electrochemical reactions, defect formation).

Техническим результатом является расширение диагностических возможностей измерения характеристик и повышение степени прогнозирования электрофизических параметров мемристоров в виде МДП-конденсаторов для оптимизации технологии их изготовления при их разработке за счет выбора мемристоров в виде МДП-конденсаторов, в которых содержание мелкой примеси в полупроводнике обеспечивает соизмеримость емкостей диэлектрика и области пространственного заряда полупроводника и отсутствует фиксация (пиннинг) уровня Ферми на этой ГР. Кроме того, предлагаемое изобретение, представляющее собой способ определения электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки, расширяет арсенал методов измерительной технологии в актуальной области изготовления мемристоров, являющихся основой нового поколения устройств энергонезависимой памяти.The technical result is the expansion of diagnostic capabilities for measuring characteristics and increasing the degree of prediction of the electrophysical parameters of memristors in the form of MIS capacitors in order to optimize their manufacturing technology by developing them by selecting memristors in the form of MIS capacitors in which the content of fine impurities in the semiconductor provides commensurability of the capacities of the dielectric and region of the space charge of the semiconductor and there is no fixation (pinning) of the Fermi level on this GR. In addition, the present invention, which is a method for determining the electrophysical parameters of the capacitor structure of a memristor, characterizing the molding process, expands the arsenal of measurement technology in the current field of manufacturing memristors, which are the basis of a new generation of non-volatile memory devices.

Поставленная задача достигается тем, что способ определения электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки, проводят в следующем порядке:The problem is achieved in that the method of determining the electrophysical parameters of the capacitor structure of the memristor, characterizing the molding process, is carried out in the following order:

выбирают мемристоры в виде конденсаторов металл - диэлектрик - полупроводник с соизмеримыми емкостями диэлектрика и области пространственного заряда полупроводника и с отсутствием фиксации (пиннинга) уровня Ферми на границе раздела диэлектрик/полупроводник;choose memristors in the form of metal-insulator-semiconductor capacitors with comparable capacitances of the dielectric and the space charge region of the semiconductor and with no fixing (pinning) of the Fermi level at the insulator / semiconductor interface;

для этих структур дополнительно измеряют спектральную характеристику конденсаторной фотоЭДС;for these structures, the spectral characteristic of the capacitor photo-emf is additionally measured;

из измеренных характеристик определяют электрофизические параметры структур, которые характеризуют происходящие при формовке изменения как в диэлектрике, так и на границе раздела диэлектрик/полупроводник и в полупроводнике: захват носителей заряда поверхностными состояниями на границе раздела диэлектрик/полупроводник, перемещение ионов, электрохимические реакции, дефектообразование.From the measured characteristics, the electrophysical parameters of the structures are determined that characterize the changes occurring during molding both in the dielectric and at the insulator / semiconductor interface and in the semiconductor: carrier capture by surface states at the insulator / semiconductor interface, ion displacement, electrochemical reactions, defect formation.

В частном случае при проведении изложенного выше способа в качестве конденсаторных структур мемристоров используют структуры Au/Zr/YSZ/InP/n-GaAs/n⁺GaAs/Sn (YSZ - стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония) с пассивированным (при использовании тонкого слоя InP) эпитаксиальным слоем n-GaAs.In the particular case when carrying out the above method, Au / Zr / YSZ / InP / n-GaAs / n ⁺ GaAs / Sn structures (YSZ is stabilized by yttrium oxide zirconium dioxide) with passivated (using a thin InP layer) are used as capacitor structures of memristors epitaxial layer of n-GaAs.

Кроме того, предлагаемый способ применим для определения электрофизических параметров конденсаторной МДП-структуры мемристора, характеризующих процесс формовки, когда в качестве конденсаторных структур мемристоров используют структуры на основе кремния. В этом случае обеспечение низких значений плотности поверхностных состояний на ГР ДП для устранения фиксации (пиннинга) уровня Ферми на этой ГР может быть выполнено в рамках технологии, используемой в кремниевой микроэлектронике.In addition, the proposed method is applicable for determining the electrophysical parameters of the capacitor MIS structure of the memristor, characterizing the molding process, when silicon-based structures are used as the capacitor structures of memristors. In this case, ensuring low values of the density of surface states on the GR of the DP to eliminate the fixation (pinning) of the Fermi level on this GR can be performed within the framework of the technology used in silicon microelectronics.

Предлагаемый способ поясняется фигурами.The proposed method is illustrated by figures.

На фиг. 1 показан пример схемы мемристора в виде МДП-конденсатора на основе GaAs.In FIG. 1 shows an example memristor circuit in the form of a MIS capacitor based on GaAs.

На фиг. 2а показаны ВАХ мемристора Au/Zr/YSZ/InP/n-GaAs/n⁺GaAs/Sn, описывающие переключение из состояния с высоким сопротивлением в состояние с низким сопротивлением (1) (в скобках здесь и далее указаны номера кривых; значения напряжения для данной кривой (1) уменьшены в 5 раз) и переключения из состояния с низким сопротивлением в состояние с высоким сопротивлением (2).In FIG. Figure 2a shows the I – V characteristics of the Au / Zr / YSZ / InP / n-GaAs / n ⁺ GaAs / Sn memristor describing the switching from the high-resistance state to the low-resistance state (1) (curve numbers are indicated in parentheses hereinafter; voltage values for of this curve (1) reduced by 5 times) and switching from a low resistance state to a high resistance state (2).

На фиг. 2б показаны ВАХ мемристора Au/Zr/YSZ/InP/n-GaAs/n⁺GaAs/Sn, измеренные при приложении к ней напряжения с амплитудой развертки U_m, В: -5 (1), -7 (2), -14 (3), -16 (4), -20 (5) (кривым 1, 2 соответствуют верхняя и правая оси, а кривым 3-5 - нижняя и левая оси).In FIG. 2b shows the I – V characteristics of the Au / Zr / YSZ / InP / n-GaAs / n ⁺ GaAs / Sn memristor, measured by applying a voltage with a sweep amplitude of U _m , V: -5 (1), -7 (2), -14 (3), -16 (4), -20 (5) (curves 1, 2 correspond to the upper and right axes, and curves 3-5 correspond to the lower and left axes).

На фиг.3 показаны зависимости С (кривые 1-3) и G/ω (кривые 4-6) (С и G - малосигнальная (дифференциальная) емкость и проводимость) от напряжения на частоте 10 кГц, измеренные для исходного мемристора Au/Zr/YSZ/InP/n-GaAs/n⁺GaAs/Sn (1, 4) и после приложения к мемристору напряжения с амплитудой развертки U_m=-10 B (2, 5) и U_m=-20 B (3, 6), на вставке фиг. 3 показаны частотные зависимости G/ω, измеренные для исходного мемристора (1, 4) и после приложения к мемристору напряжения с амплитудой развертки U_m, В: -10 (2) и -20 (3) при управляющем напряжении U, В: 0 (1-3) и +2 (4), кружками показана аппроксимация экспериментальной кривой 2 в приближении моноэнергетических ПС.Figure 3 shows the dependences of C (curves 1-3) and G / ω (curves 4-6) (C and G are the low-signal (differential) capacitance and conductivity) on the voltage at a frequency of 10 kHz, measured for the initial Au / Zr memristor / YSZ / InP / n-GaAs / n ⁺ GaAs / Sn (1, 4) and after applying voltage to the memristor with a sweep amplitude of U _m = -10 B (2, 5) and U _m = -20 B (3, 6 ), in the inset of FIG. Figure 3 shows the frequency dependences G / ω measured for the initial memristor (1, 4) and after applying a voltage with a sweep amplitude U _m , V: -10 (2) and -20 (3) to the memristor at a control voltage U, V: 0 (1-3) and +2 (4), circles show the approximation of experimental curve 2 in the approximation of monoenergetic PS.

На фиг.4 показаны зависимости [1/C²](U) на частоте 1 МГц, измеренные для исходного мемристора Au/Zr/YSZ/InP/n-GaAs/n⁺GaAs/Sn (1) и после приложения к мемристору напряжения с амплитудой развертки U_m=-10 В (2) и U_m=-20 В (3), на вставке фиг. 4 показаны спектральные зависимости фоточувствительности мемристора, измеренные после приложения к структуре напряжения с амплитудой развертки U_m=-10 В (1)и U_m=-20 В(2).Figure 4 shows the dependences [1 / C ² ] (U) at a frequency of 1 MHz, measured for the initial memristor Au / Zr / YSZ / InP / n-GaAs / n ⁺ GaAs / Sn (1) and after applying voltage to the memristor with a sweep amplitude of U _m = -10 V (2) and U _m = -20 V (3), in the inset of FIG. Figure 4 shows the spectral dependences of the photosensitivity of the memristor, measured after applying voltage to the structure with a sweep amplitude of U _m = -10 V (1) and U _m = -20 V (2).

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Для исследуемого мемристора в виде МДП-конденсатора измеряют зависимости от напряжения U дифференциальной емкости С(U) и проводимости G(U) в параллельной эквивалентной схеме замещения конденсатора [Эпштейн С.Л. Измерение характеристик конденсаторов. М.-Л.: Энергия, 1965. 235 с.; Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977. 448 с.] в выбранном интервале частот и спектральную зависимость конденсаторной фотоЭДС. В качестве параметров выбирают: 1) направление и величину сдвига ВАХ структур мемристоров при обратном ходе развертки по напряжению при разных амплитудах развертки; 2) направление и величину сдвига зависимостей C(U) и G(U) структур мемристоров при обратном ходе развертки по напряжению при разных амплитудах развертки; 3) разностную концентрацию доноров и акцепторов в области пространственного заряда полупроводника вблизи ГР ДП; 4) фоточувствительность структур мемристоров.For the memristor under study in the form of an MIS capacitor, the dependences on the voltage U of the differential capacitance C (U) and conductivity G (U) are measured in a parallel equivalent capacitor equivalent circuit [Epstein S.L. Capacitor performance measurement. M.-L.: Energy, 1965.235 s .; Oreshkin P.T. Physics of semiconductors and dielectrics. M .: Higher school, 1977. 448 pp.] In the selected frequency range and the spectral dependence of the capacitor photo-emf. The following parameters are chosen: 1) the direction and magnitude of the shift in the I – V characteristics of the memristor structures during the reverse voltage sweep at different sweep amplitudes; 2) the direction and magnitude of the shift of the dependences C (U) and G (U) of the memristor structures during the reverse voltage sweep at different sweep amplitudes; 3) the differential concentration of donors and acceptors in the space charge region of the semiconductor near the GR DP; 4) photosensitivity of memristor structures.

ВАХ такого мемристора после формовки демонстрируют эффекты РП и памяти.The IV characteristics of such a memristor after molding demonstrate the effects of RP and memory.

Приложение к мемристору напряжения различной величины в процессе формовки приводит к различным изменениям электрических свойств в нем. Так, в случае приложения к мемристору малых напряжений происходят изменения его электрофизических параметров, которые являются обратимыми и связаны, например, с захватом носителей заряда ловушками на ГР ДП, сформированными при стандартном изготовлении мемристора. В случае приложения к мемристору больших напряжений, сравнимых с напряжением формовки, в нем наблюдают необратимые изменения, связанные, например, с дрейфом ионов в электрическом поле. Эти изменения могут быть установлены при определении электрофизических параметров мемристора в виде МДП-конденсатора.The application to the memristor of voltage of various sizes during the molding process leads to various changes in the electrical properties in it. So, in the case of application of low voltages to the memristor, changes in its electrophysical parameters occur, which are reversible and are associated, for example, with the capture of charge carriers by the traps on the GR DP formed during the standard manufacturing of the memristor. In the case of applying to the memristor high voltages comparable to the molding voltage, irreversible changes are observed in it, associated, for example, with the drift of ions in an electric field. These changes can be established when determining the electrophysical parameters of the memristor in the form of an MIS capacitor.

При малых напряжениях случай параллельного сдвига ВАХ в сторону отрицательных напряжений и расширения петли нормального гистерезиса можно объяснить увеличением встроенного положительного заряда в диэлектрике, обусловленного захватом дырок ловушками на ГР ДП. При этом поверхностную плотность ловушек N оценивают по формуле [Овсюк В.Н. Электронные процессы в полупроводниках с областями пространственного заряда. Новосибирск: Наука (Сибирское отделение), 1984. 252 с.]At low voltages, the case of a parallel shift of the current – voltage characteristic toward negative voltages and the expansion of the normal hysteresis loop can be explained by an increase in the built-in positive charge in the dielectric due to the capture of holes by traps on the GR DP. The surface density of traps N is estimated by the formula [Ovsyuk V.N. Electronic processes in semiconductors with space charge regions. Novosibirsk: Science (Siberian Branch), 1984. 252 p.]

где C_pI - емкость диэлектрика (равная максимальной емкости на частоте 10 kHz), ΔV_FB - изменение напряжения плоских зон в результате приложения напряжения к мемристору, q - величина заряда электрона.where C _pI is the dielectric capacitance (equal to the maximum capacitance at a frequency of 10 kHz), ΔV _FB is the change in the voltage of flat zones as a result of applying voltage to the memristor, q is the electron charge.

При больших напряжениях сдвиг зависимостей С(U) и G(U) в сторону положительных напряжений с ростом |U|, свидетельствующий о том, что ГР ДП заряжалась отрицательно в процессе приложения таких напряжений к мемристору, можно объяснить необратимыми процессами, происходящими при формовке и связанными с дрейфом ионов кислорода (вакансий кислорода) в оксиде в сильных электрических полях, который сопровождается формированием проводящих шнуров. Подобный процесс, но с накоплением положительного заряда на ГР ДП, может происходить при приложении положительного напряжения к мемристору.At high voltages, the shift of the dependences C (U) and G (U) toward positive stresses with increasing | U |, which indicates that the GR DP was negatively charged during the application of such voltages to the memristor, can be explained by the irreversible processes occurring during molding and associated with the drift of oxygen ions (oxygen vacancies) in the oxide in strong electric fields, which is accompanied by the formation of conductive cords. A similar process, but with the accumulation of a positive charge on the DP DP, can occur when a positive voltage is applied to the memristor.

Для выяснения влияния приложенного к мемристору напряжения на плотность ПС N_S на ГР ДП измеряют частотные зависимости G/ω, где ω - круговая частота, для исходного мемристора и мемристора, испытавшего воздействие электрического поля. В случае, когда эти зависимости могут быть удовлетворительно аппроксимированы захватом на моноэнергетический уровень, для определения плотности поверхностных состояний N_S используют справедливое для этого приближения соотношение [Захаров А.К., Неизвестный И.Г., Овсюк В.Н. В сб.: Свойства структур металл-диэлектрик-полупроводник, под ред. Ржанова А.В. М.: Наука, 1976. С. 47-97]To clarify the effect of the voltage applied to the memristor on the PS density N _S on the GR DP, the frequency dependences G / ω, where ω is the circular frequency, are measured for the initial memristor and memristor that has been exposed to an electric field. In the case when these dependences can be satisfactorily approximated by capture at the monoenergetic level, the relation valid for this approximation is used to determine the density of surface states N _S [Zakharov AK, Neizvestny IG, Ovsyuk VN In: The Properties of Metal-Dielectric-Semiconductor Structures, ed. Rzhanova A.V. M .: Nauka, 1976. S. 47-97]

где (G/ω)_m - максимальное значение G/ω.where (G / ω) _m is the maximum value of G / ω.

Данные об изменениях, происходящих в полупроводнике вблизи ГР ДП в результате процесса формовки, получают из измерений высокочастотных вольт-фарадных характеристик мемристора в виде МДП-конденсатора. Эти характеристики позволяют определить разностную концентрацию доноров и акцепторов в ОПЗ [Овсюк В.Н. Электронные процессы в полупроводниках с областями пространственного заряда. Новосибирск: Наука (Сибирское отделение), 1984. 252 с.]Data on the changes occurring in the semiconductor near the GR DP as a result of the molding process are obtained from measurements of the high-frequency capacitance-voltage characteristics of the memristor in the form of an MIS capacitor. These characteristics allow you to determine the differential concentration of donors and acceptors in the SCR [Ovsyuk VN Electronic processes in semiconductors with space charge regions. Novosibirsk: Science (Siberian Branch), 1984. 252 p.]

$N = \frac{2}{q ε ε_{0} S^{2}} \frac{Δ U}{Δ \frac{1}{C_{s}^{2}}}, (3)$

N = \frac{2}{q ε ε_{0} S^{2}} \frac{Δ U}{Δ \frac{one}{C_{s}^{}}}, (3)

где ε₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума, ε - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, C_S - емкость ОПЗ полупроводника в области истощения, $Δ (1 / C_{S}^{2})$

- изменение величины

1 / C_{S}^{2}

при изменении U на ΔU.where ε ₀ is the dielectric constant of the vacuum, ε is the relative dielectric constant of the semiconductor, C _S is the capacitance of the SCR of the semiconductor in the depletion region,

Δ (one / C_{S}^{2})

- change in value

one / C_{S}^{}

when U changes by ΔU.

Случай уменьшения величины N с ростом напряжения при формовке объясняют дефектообразованием в приповерхностной области полупроводника вследствие взаимодействия продиффундировавших ионов кислорода из диэлектрика с атомами полупроводника, что свидетельствует об образовании компенсирующих акцепторных дефектов. Этот эффект может быть подтвержден с помощью измерения спектров фоточувствительности.The case of a decrease in N with increasing voltage during molding is explained by defect formation in the surface region of the semiconductor due to the interaction of diffused oxygen ions from the dielectric with the atoms of the semiconductor, which indicates the formation of compensating acceptor defects. This effect can be confirmed by measuring photosensitivity spectra.

Пример практической реализации способа.An example of a practical implementation of the method.

Образцы конденсаторных структур мемристоров выбирают в виде МДП-конденсаторов Au/Zr/YSZ/InP/n-GaAs/n⁺GaAs/Sn (YSZ - англ.: Yttrium-Stabilized-Zirconia - стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония) (фиг. 1) с пассивированным (при использовании тонкого слоя InP толщиной 1.5 нм [Kundu S., Haider N.N., Biswas D. et al. // J. Appl. Phys. - 2012 (034514). - V.112. - P. 1-7]) эпитаксиальным слоем n-GaAs. Структуры мемристоров формируют на основе монокристаллической подложки n+-GaAs с кристаллографической ориентацией (100). Слой n-GaAs с концентрацией электронов n₀=8·10¹⁶ см^-3 толщиной d_S=1 мкм, покрытый нелегированным слоем из InP толщиной 1.5 нм, получают на поверхности подложки методом МОС-гидридной эпитаксии. Методом магнетронного распыления на установке MagSputt - 3G - 2 осаждают пленки YSZ (12 моль. % Y₂O₃) толщиной d_I=40 нм на полупроводник при температуре подложки T_sub=200°C и электроды Au с подслоем Zr (для улучшения адгезии) площадью S=1.4·10^-3 см²на эти пленки. Омический контакт к подложке n+-GaAs создают методом вплавления Sn с помощью электрического разряда.Samples of the capacitor structures of memristors are selected as MIS capacitors Au / Zr / YSZ / InP / n-GaAs / n ⁺ GaAs / Sn (YSZ - English: Yttrium-Stabilized-Zirconia - yttrium oxide stabilized zirconia) (Fig. 1) with passivated (using a thin InP layer 1.5 nm thick [Kundu S., Haider NN, Biswas D. et al. // J. Appl. Phys. - 2012 (034514). - V.112. - P. 1-7 ]) an epitaxial layer of n-GaAs. Memristor structures are formed on the basis of a single-crystal n + -GaAs substrate with a crystallographic orientation of (100). An n-GaAs layer with an electron concentration of n ₀ = 8 · 10 ¹⁶ cm ^-3 with a thickness of d _S = 1 μm, coated with an undoped layer of InP with a thickness of 1.5 nm, is obtained on the substrate surface by the method of MOS hydride epitaxy. YSZ films (12 mol% Y ₂ O ₃ ) with a thickness of d _I = 40 nm are deposited on a semiconductor at a substrate temperature T _sub = 200 ° C and Au electrodes with a Zr sublayer by magnetron sputtering on a MagSputt - 3G - 2 installation (to improve adhesion ) area S = 1.4 · 10 ^-3 cm ² on these films. An ohmic contact to the n + -GaAs substrate is created by Sn fusion using an electric discharge.

Изучение электрофизических параметров конденсаторных структур мемристоров проводят путем измерения ВАХ, адмиттансных характеристик и спектральной характеристики конденсаторной фотоЭДС. Измерения ВАХ и адмиттансных характеристик проводят с помощью анализатора параметров полупроводниковых приборов Agilent В1500А. Исследуют зависимости от напряжения U малосигнальной (дифференциальной) емкости С(U) и проводимости G(U) в параллельной эквивалентной схеме замещения конденсатора [Эпштейн С.Л. Измерение характеристик конденсаторов. М.-Л.: Энергия, 1965. 235 с.; Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977. 448 с.] в интервале частот f=10³÷10⁶ Гц. Измерения проводят в автоматическом режиме при тестирующем переменном напряжении 10 мВ с частотой / при скорости развертки напряжения 0.08 В/с. При этом напряжение на конденсаторе соответствует потенциалу верхнего электрода относительно потенциала подложки. Спектральную зависимость конденсаторной фотоЭДС измеряют в интервале энергий 0.6÷1.5 эВ по методике, приведенной в работе [Карпович И.А., Филатов Д.О. Фотоэлектрическая диагностика квантово-размерных гетеронаноструктур: учебно-методический материал по программе повышения квалификации "Физико-химические основы нанотехнологий". - Н. Новгород.: Изд. ННГУ, 2010. 98 с.].The study of the electrophysical parameters of the capacitor structures of memristors is carried out by measuring the I – V characteristics, admittance characteristics and spectral characteristics of the capacitor photo-emf. The I – V characteristics and admittance characteristics are measured using an Agilent B1500A semiconductor analyzer. Investigate the dependence on the voltage U of the small-signal (differential) capacitance C (U) and conductivity G (U) in a parallel equivalent capacitor equivalent circuit [Epstein S.L. Capacitor performance measurement. M.-L.: Energy, 1965.235 s .; Oreshkin P.T. Physics of semiconductors and dielectrics. M .: Higher school, 1977. 448 pp.] In the frequency range f = 10 ³ ÷ 10 ⁶ Hz. The measurements are carried out automatically at a test alternating voltage of 10 mV with a frequency / at a voltage sweep speed of 0.08 V / s. In this case, the voltage across the capacitor corresponds to the potential of the upper electrode relative to the potential of the substrate. The spectral dependence of the capacitor photo-emf is measured in the energy range 0.6–1.5 eV according to the method described in [Karpovich I.A., Filatov D.O. Photoelectric diagnostics of quantum-dimensional heteronanostructures: educational material on the continuing education program "Physicochemical Foundations of Nanotechnology". - N. Novgorod .: Ed. NNSU, 2010. 98 p.].

ВАХ такого мемристора демонстрируют эффекты РП и памяти (фиг. 2а).The I – V characteristics of such a memristor demonstrate the effects of RP and memory (Fig. 2a).

Приложение к структуре мемристора напряжения приводит к различным изменениям электрических свойств структуры при малых и больших величинах приложенного напряжения. В случае малых напряжений при обратном ходе развертки по напряжению наблюдают сдвиг ВАХ в сторону меньших по величине напряжений. Этот сдвиг возрастает при росте |U_m| и достигает максимума при U_m=-10 В. Величина тока также возрастает при изменении U_m от -5 В до -10 В. В случае дальнейшего роста величины U_m возникает сдвиг ВАХ при обратном ходе развертки по напряжению в противоположном направлении и смещение петли гистерезиса в направлении, противоположном направлению оси напряжений.Application to the structure of the memristor voltage leads to various changes in the electrical properties of the structure at small and large values of the applied voltage. In the case of low voltages, during the reverse voltage sweep, a shift in the I – V characteristic is observed toward lower voltages. This shift increases with | U _m | and reaches a maximum at U _m = -10 V. The magnitude of the current also increases with a change in U _m from -5 V to -10 V. In the case of a further increase in the value of U _m , a current-voltage characteristic shift occurs during the reverse voltage sweep in the opposite direction and loop displacement hysteresis in the opposite direction to the stress axis.

Эти изменения в ВАХ происходят при необратимых изменениях зависимостей C(U) и G(U) (фиг. 3). После приложения к мемристору напряжения с амплитудой U_m=-10 В происходит параллельный сдвиг этих зависимостей в сторону отрицательных напряжений и расширение петли нормального гистерезиса. Эти результаты соответствуют увеличению встроенного положительного заряда в YSZ, обусловленного захватом дырок ловушками на ГР ДП [Овсюк В.Н. Электронные процессы в полупроводниках с областями пространственного заряда. Новосибирск: Наука (Сибирское отделение), 1984. 252 с.]. При этом оценка поверхностной плотности ловушек N_t с помощью выражения (1) показывает, что максимальный заряд, возникший на поверхности, соответствует значению N_t ~ 10¹³см^-2.These changes in the CVC occur with irreversible changes in the dependences C (U) and G (U) (Fig. 3). After a voltage with an amplitude of U _m = -10 V is applied to the memristor, these dependences shift in the direction of negative voltages and the normal hysteresis loop expands. These results correspond to an increase in the built-in positive charge in YSZ due to the capture of holes by traps on the GR DP [Ovsyuk VN Electronic processes in semiconductors with space charge regions. Novosibirsk: Science (Siberian Branch), 1984. 252 p.]. An estimate of the surface density of traps N _t using expression (1) shows that the maximum charge that has arisen on the surface corresponds to the value N _t ~ 10 ¹³ cm ^-2 .

Таким образом, увеличение тока через конденсаторную структуру мемристора с ростом величины приложенного к нему напряжения в случае изменения U_m в интервале -5 В ÷ -10 В приводит к захвату дырок ловушками на ГР YSZ/полупроводник, в процессе которого происходит уменьшение ширины ОПЗ в полупроводнике и, как следствие, рост напряженности электрического поля в YSZ.Thus, an increase in the current through the capacitor structure of the memristor with an increase in the voltage applied to it in the case of a change in U _m in the range of -5 V ÷ -10 V leads to the capture of holes by traps on the YSZ / semiconductor GR, during which the SCR width in the semiconductor decreases and, as a result, an increase in the electric field strength in YSZ.

В случае выбора U_m в интервале значений, которым соответствуют кривые 3-5 на фиг. 2б, зависимости C(U) и G(U) проявляют сдвиг в сторону положительных напряжений с ростом |U_m|, причем максимальный эффект наблюдают при U_m=-20 В (см. фиг. 3, кривые 3 и 6). Поведение этих зависимостей и описанных выше ВАХ в рассматриваемой области напряжений свидетельствует о том, что происходит возникновение отрицательного заряда на ГР ДП в процессе приложения таких напряжений к структуре мемристора. Отметим, что значительный рост проводимости с увеличением напряжения, описываемый кривой 6 на фиг. 3, трудно объясним только перераспределением напряжения между полупроводником и диэлектриком. Поэтому такое поведение связано с дрейфом ионов кислорода (вакансий кислорода) в оксиде в сильных электрических полях, который происходит одновременно с формированием проводящих шнуров. Приложение положительного напряжения к структуре с амплитудой U_m=2 В приводит к подобному же процессу, но с накоплением положительного заряда на ГР ДП.If U _m is selected in the range of values that correspond to curves 3-5 in FIG. 2b, the dependences C (U) and G (U) show a shift towards positive voltages with increasing | U _m |, and the maximum effect is observed at U _m = -20 V (see Fig. 3, curves 3 and 6). The behavior of these dependences and the I – V characteristic described above in the considered voltage range indicates that a negative charge arises on the HL DP during the application of such voltages to the memristor structure. Note that a significant increase in conductivity with increasing voltage, described by curve 6 in FIG. 3, it is difficult to explain only the redistribution of voltage between the semiconductor and the dielectric. Therefore, this behavior is associated with the drift of oxygen ions (oxygen vacancies) in the oxide in strong electric fields, which occurs simultaneously with the formation of conductive cords. The application of a positive voltage to a structure with an amplitude of U _m = 2 V leads to a similar process, but with the accumulation of a positive charge on the GR DP.

При выяснении влияния приложенного к структуре напряжения на плотность поверхностных состояний N_S на ГР YSZ/полупроводник измеряют частотные зависимости G/ω для исходных структур и структур, испытавших воздействие электрического поля (см. вставку фиг. 3). Захват на моноэнергетический уровень удовлетворительно описывает эти кривые (на вставке кружками показана для примера соответствующая аппроксимация экспериментальной кривой 2).When determining the effect of the voltage applied to the structure on the density of surface states N _S on the YSZ / semiconductor GR, the frequency dependences G / ω are measured for the initial structures and structures that have been exposed to an electric field (see the insert of Fig. 3). Capture at the monoenergetic level satisfactorily describes these curves (in the inset, circles show, for example, the corresponding approximation of experimental curve 2).

Оценка плотности поверхностных состояний N_S с использованием выражения (2) в случае исходной структуры мемристора, находящейся при нулевом управляющем напряжении и напряжении +2 В, показывает, что изменение изгиба энергетических зон на поверхности полупроводника слабо меняет значение N_S. Приложения к структуре напряжения практически не меняет значение N_S в случае U_m=-10 В и даже несколько уменьшает значение N_S в случае U_m=-20 В от 2.2·10¹¹ см^-2 до 1.8·10¹¹ см^-2.An estimate of the density of surface states N _S using expression (2) in the case of the initial memristor structure, which is at zero control voltage and voltage of +2 V, shows that a change in the bending of the energy bands on the surface of the semiconductor slightly changes the value of N _S. An application to the voltage structure practically does not change the value of N _S in the case of U _m = -10 V and even slightly reduces the value of N _S in the case of U _m = -20 V from 2.2 · 10 ¹¹ cm ^-2 to 1.8 · 10 ¹¹ cm ^-2 .

Данные об изменениях, происходящих в полупроводнике вблизи ГР YSZ / полупроводник в результате процесса формовки, получают из измерений высокочастотных вольт-фарадных характеристик мемристора в виде МДП-конденсатора. Эти характеристики позволяют определить разностную концентрацию доноров и акцепторов в ОПЗ с помощью выражения (3). По прямолинейным участкам в области истощения определяют значения N. В случае U_m=-10 В значение N составляет 1.2·10¹⁷ см^-3, то есть практически не возникает отличия этой величины N от ее значения для исходной структуры мемристора. В случае U_m=-20 В происходило уменьшение N до 2.7·10¹⁶ см^-3. Этот результат соответствует дефектообразованию в приповерхностной области полупроводника вследствие взаимодействия продиффундировавших ионов кислорода из YSZ с атомами решетки GaAs. Уменьшение N свидетельствует об образовании компенсирующих акцепторных дефектов. Это подтверждают спектры фоточувствительности S_ph (см. вставку на фиг. 4). Эти спектры обнаруживают повышение величины S_ph после приложения напряжения к структуре мемристора в случае U_m=-20 B в интервале энергий квантов от 0.6 до 1 эВ, что связано с фотооткликом глубоких акцепторных центров. С воздействием ионов кислорода также связан небольшой пассивирующий эффект, приводящий к отмеченному выше уменьшению плотности ПС.Data on the changes occurring in the semiconductor near the YSZ / semiconductor as a result of the molding process are obtained from measurements of the high-frequency capacitance-voltage characteristics of the memristor in the form of an MIS capacitor. These characteristics make it possible to determine the difference concentration of donors and acceptors in the SCR using expression (3). The values of N are determined by straight sections in the depletion region. In the case of U _m = -10 V, the value of N is 1.2 · 10 ¹⁷ cm ^-3 , that is, there is practically no difference in this value of N from its value for the initial memristor structure. In the case of U _m = -20 V, N decreased to 2.7 · 10 ¹⁶ cm ^-3 . This result corresponds to defect formation in the semiconductor surface region due to the interaction of diffused oxygen ions from YSZ with GaAs lattice atoms. A decrease in N indicates the formation of compensating acceptor defects. This is confirmed by photosensitivity spectra S _ph (see the insert in Fig. 4). These spectra show an increase in S _ph after applying voltage to the memristor structure in the case of U _m = -20 V in the range of quantum energies from 0.6 to 1 eV, which is associated with the photoresponse of deep acceptor centers. A small passivating effect is also associated with the action of oxygen ions, leading to a decrease in the PS density noted above.

Таким образом, предлагаемый способ определения электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки, включает в себя определение следующих параметров: 1) направление и величина сдвига ВАХ структур мемристоров при обратном ходе развертки по напряжению при разных амплитудах развертки; 2) направление и величина сдвига зависимостей С(U) и G(U) структур мемристоров при обратном ходе развертки по напряжению при разных амплитудах развертки; 3) разностная концентрация доноров и акцепторов в области пространственного заряда полупроводника вблизи ГР ДП; 4) фоточувствительность структур мемристоров. Способ, представляя собой новый эффективный метод определения электрофизических параметров мемристора в виде МДП-конденсатора, характеризующих процесс формовки, обеспечивает выполнение указанной актуальной задачи на основе применения простого и доступного по стоимости стандартного оборудования для получения детальной информации о происходящих в процессе формовки изменениях в диэлектрике и на ГР ДП (захват носителей заряда поверхностными состояниями на ГР ДП, перемещение ионов, электрохимические реакции, дефектообразование).Thus, the proposed method for determining the electrophysical parameters of the capacitor structure of the memristor, characterizing the molding process, includes determining the following parameters: 1) the direction and magnitude of the shift of the I – V characteristic of the memristor structures during the reverse voltage sweep at different sweep amplitudes; 2) the direction and magnitude of the shift of the dependences C (U) and G (U) of the memristor structures during the reverse voltage sweep at different sweep amplitudes; 3) the differential concentration of donors and acceptors in the space charge region of the semiconductor near the GR DP; 4) photosensitivity of memristor structures. The method, representing a new effective method for determining the electrophysical parameters of a memristor in the form of an MIS capacitor, characterizing the molding process, ensures the fulfillment of this urgent task based on the use of simple and affordable standard equipment to obtain detailed information about changes in the dielectric and GR DP (capture of charge carriers by surface states on GR DP, ion displacement, electrochemical reactions, defect formation).

Claims

1. The method of determining the electrophysical parameters of the capacitor structure of the memristor, characterizing the molding process, including the measurement of current-voltage and impedance characteristics, characterized in that the memristors are selected in the form of metal-insulator-semiconductor capacitors with comparable capacitances of the dielectric and the space charge region of the semiconductor, and with the absence fixing (pinning) the Fermi level at this interface; for these structures, the spectral characteristic of the capacitor photo-emf is additionally measured; From the measured characteristics, the electrophysical parameters of the structures are determined that characterize the changes occurring during molding both in the dielectric and at the insulator / semiconductor interface and in the semiconductor: carrier capture by surface states at the insulator / semiconductor interface, ion displacement, electrochemical reactions, defect formation.

2. A method for determining the electrophysical parameters of the capacitor structure of a memristor characterizing the molding process according to claim 1, characterized in that the structures of Au / Zr / YSZ / InP / n-GaAs / n ⁺ GaAs / Sn (YSZ - stabilized yttrium oxide zirconia) with a passivated (using a thin InP layer) epitaxial layer of n-GaAs.