Nanomeeting

 
 

Вход

Личные сообщения

Вы не авторизованы.

RSS-лента

 Хотите первыми получать новости с сайта NanoPlatfom.by? Это очень просто. Подпишитесь на RSS ленту. 

Подписаться на новости NanoPlatform.By

Литература

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - 2011 Микроэлектроника

Ссылки

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - internatiol conference Национальная академия наук Беларуси Государственный комитет по науке и технологиям ВАК - Высшая аттестационная комиссия

Динамика и параметры резистивного  переключения в оксидах металлов

В настоящее время ведутся интенсивные исследования резистивной памяти с произвольным доступом (RRAM) на основе наноразмерных оксидов металлов как наиболее конкурентоспособных кандидатов для будущих энергонезависимых устройств памяти вследствие их простой структуры, быстрого переключения и отличной масштабируемости. Механизмы резистивных переключений в оксидах металлов могут быть весьма разнообразными. Одним из возможных механизмов является электронное переключение, основанное на процессе захвата/освобождения ловушечных состояний на дефектах оксидов. Другой возможный механизм – ионное переключение, которое обычно связывается с образованием/разрывом проводящих нитей (ПН), которые могут состоять из кислородных вакансий или металлических преципитатов (рис. 1). Тем не менее механизмы резистивного переключения в оксидах металлов требуют дополнительных исследований для их полного понимания.

 

Рисунок 1 – Динамика роста и процессы образования/разрыва проводящих нитей для соответствующих механизмов резистивных переключений при униполярном (a) и биполярном (b) режимах переключения.

Процесс формирования ПН и их переход из начального состояния с высоким сопротивлением (HRS) в состояние с низким сопротивлением (LRS) интерпретируются как мягкий пробой диэлектрика, связанный с миграцией ионов кислорода к аноду, а также формированием ПН, соединяющих оба электрода, в объеме оксида. В униполярном режиме, когда сброс (переход в состояние с высоким сопротивлением) осуществляется при той же полярности, что и его установка, происходит диффузионный отток ионов кислорода от анода под действием выделяющегося джоулева тепла, что приводит к разрыву ПН вследствие рекомбинации кислородных вакансий или путем повторного окисления металлических приципитатов. Охлаждение и формирование функциональной области в ПН имеет место в процессе установки (рис. 1). В биполярном режиме когда сброс осуществляется при противоположной установке полярности, возникающий под действием электрического поля дрейф ионов кислорода из места их скопления разрывает ПН.

Электрохимический транспорт ионов можно рассматривать как движущий механизм медленного переключения. Быстрое электронное переключение обеспечивается синхронизированным процессом захвата и освобождения подвижных носителей заряда на бистабильных ловушечных состояниях в областях формирования/разрыва ПН. Эти состояния обусловлены наличием кислородных вакансий.

Было обнаружено, что длина ПН растет экспоненциально (рис. 2а), а величина внешнего смещения определяет характерное время ее роста. Значительное увеличение скорости роста нити достигается при внешнем смещении 2-2,5 В.

 

 

Рисунок 2 – Динамика роста ПН в HfO2 толщиной 5 нм при разном внешнем смещении (а). Динамика RRAM во время программирования импульсами в 5 В при температуре 300 K (b).

Моделирование динамики роста ПН в HfO2 при программирующих импульсах напряжения в 5 В, зависящих от рабочей температуры, показывает, что ячейка RRAM не переключается мгновенно, процесс длится около 4-6 нс. Момент переключения определяется резким увеличением проводимости и обозначен пунктирной линией (рис. 2б). Таким образом, время может быть определено как разность между моментом, когда программирующий импульс напряжения был приложен, и моментом переключения. Время включения экспоненциально зависит от величины внешнего смещения. Этот результат показывает важность динамических эффектов, включающих целый ряд переходных процессов.

Моделирование электронного переключения бистабильных ловушечных состояний проводили на примере диоксида гафния: энергия термической ионизации ловушек 0.5 эВ, частота колебаний 10-12 ГГц, концентрация ловушек 1019 см-3, интенсивность шума – 0.08-0.15. Установлено, что бистабильный потенциал ловушечного центра под действием слабой периодической модуляции совершает переход из одного состояния в другое только под действием шума.

Рис. 3а показывает, что воздействие шума приводит к переключению ловушечного состояния в диоксиде гафния из одного метастабильного состояния в другое за время порядка нескольких наносекунд. Нарастание интенсивности шума увеличивает вариации уровня выходного сигнала y(t), вызывая образование метастабильных состояний. Частота переключения из одного состояния в другое растет с увеличением амплитуды периодического воздействия.

 

Рисунок 3 – Динамика переключения (a) и время переключения в зависимости от интенсивности шума при различных амплитудах периодического воздействия (b).

 

Проведенное моделирование времени электронного переключения ловушечных состояний из одного метастабильного состояния в другое показало, что время переключения составляет порядка единиц наносекунд, а его величина снижается (становится меньше 1 нс) с ростом амплитуды периодического воздействия и интенсивности шума (рис. 3б).

Таким образом, проведенное моделирование показывает, что при рассмотрении полного механизма резистивных переключений в ячейках памяти необходимо учитывать миграцию ионов, рост проводящих нитей и их разрыв, а также захват и освобождение электронов, включая метастабильные ловушечные состояния.

 

 

Сайт сделан в Центре Наноэлектроники и Новых Материалов, НИЧ БГУИР, по заказу Министерства Образования РБ.