Мемристорная структура с эффектом переключения сопротивления на основе тонких пленок нитрида кремния

Комаров Ф. Ф.; Романов И. А.; Власукова Л. А.; Пархоменко И. Н.; Цивако А. А.; Ковальчук Н. С.

Мемристорная структура с эффектом переключения сопротивления на основе тонких пленок нитрида кремния

Комаров Ф. Ф., Романов И. А., Власукова Л. А., Пархоменко И. Н., Цивако А. А., Ковальчук Н. С.

2020

https://doi.org/10.29235/1561-8323-2020-64-4-403-410

Исследованы электрофизические свойства и эффект резистивного переключения мемристорной структуры ITO/SiNx/Si. Пленка нитрида кремния толщиной ~200 нм с изменяющимся по глубине соотношением Si/N нанесена методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении. Концентрация избыточных атомов кремния в пленке SiNx, определенная методом обратного резерфордовского рассеяния, увеличивается от 9 до 44 % по мере продвижения в глубь образца. Результаты исследования вольт-амперных характеристик структур ITO/ SiNx/Si-p показали, что механизм проводимости в состоянии с высоким сопротивлением определяется свойствами нитридной пленки и описывается моделью Пула-Френкеля, учитывающей перескоковый характер движения электронов между ловушками. Переключение в состояние с низким сопротивлением, вероятно, вызвано миграцией ионов индия или олова из контакта ITO в слой SiNx. После переключения в состояние с низким сопротивлением проводимость структуры ITO/SiNx/Si определяется комбинацией механизмов инжекции носителей заряда из контакта и механизмов переноса носителей заряда через диэлектрический слой. Изменение полярности приложенного к структуре напряжения приводит к разрушению проводящего канала и переключению структуры в состояние с высоким сопротивлением. Для структуры ITO/SiNx/Si обнаружен эффект фотопереключения, что открывает новые возможности использования мемристоров в системах кремниевой оптоэлектроники.

Комаров Ф. Ф., Романов И. А., Власукова Л. А., Пархоменко И. Н., Цивако А. А., Ковальчук Н. С. Мемристорная структура с эффектом переключения сопротивления на основе тонких пленок нитрида кремния. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2020;64(4):403-410. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2020-64-4-403-410

Цитирование

Список литературы

1. Chua, L. O. Memristor - the missing circuit element / L. O. Chua // IEEE Trans. Circuit Theory. - 1971. - Vol. 18, N 5. -P. 507-519. https://doi.org/10.1109/tct.1971.1083337

2. The missing memristor found / D. B. Strukov [et al.] // Nature. - 2008. - Vol. 453, N 7191. - P. 80-83. https://doi.org/10.1038/nature06932

3. Investigation of electron and hole lateral migration in silicon nitride and data pattern effects on Vt retention loss in multilevel charge trap flash memory / Y.-H. Liu [et al.] // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2019. - Vol. 66, N 12. -P. 5155-5161. https://doi.org/10.1109/ted.2019.2949251

4. Charge transport mechanism in SiNx-based memristor / A. A. Gismatulin [et al.] // Appl. Phys. Lett. - 2019. - Vol. 115, N 25. - P. 253502 (5 p.). https://doi.org/10.1x063/1.5127039

5. Nasyrov, K. A. Charge transport in dielectrics via tunneling between traps / K. A. Nasyrov, V. A. Gritsenko // J. Appl. Phys. - 2011. - Vol. 109, N 9. - P. 093705 (5 p.). https://doi.org/10.1063/1.3587452

6. Nanocrystalline Si pathway induced unipolar resistive switching behavior from annealed Si-rich SiNx/SiNy multilayers / X. Jiang [et al.] // J. Appl. Phys. - 2014. - Vol. 116, N 12. - P. 123705 (5 p.). https://doi.org/10.1063/1.48965x52

7. Yen, T. J. High performance all nonmetal SiNx resistive random access memory with strong process dependence / T. J. Yen, A. Chin, V. Gritsenko // Scientific Reports. - 202x 0. - Vol. 10, N 1. - P. 1-9. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59838-y

8. Origin of visible photoluminescence from Si-rich and N-rich silicon nitride films / I. Parkhomenko [et al.] // Thin Solid Films. - 2017. - Vol. 626. - P. 70-75. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.02.027

9. Electroformed silicon nitride based light emitting memory device / T. Anutgan [et al.] // Appl. Phys. Lett. - 2017. -Vol. 111, N 5. - P. 053502 (4 p.). https://doi.org/10.1063/1.4997029

10. Nanoscale plasmonic memristor with optical readout functionality / A. Emboras [et al.] // Nano Letters. - 2013. -Vol. 13, N 12. - P. 6151-6155. https://doi.org/10.1021/nl403486x

11. Integrated all-photonic non-volatile multi-level memory / C. Rfos [et al.] // Nature Photonics. - 2015. - Vol. 9, N 11. -P. 725-732. https://doi.org/10.1038/nphoton.2015.182

12. Bipolar resistive switching and charge transport in silicon oxide memristor / A. N. Mikhaylov [et al.] // Materials Science and Engineering: B. - 2015. - Vol. 194. - P. 48-54. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2014.12.029

13. Valov, I. Cation-based resistance change memory / I. Valov, M. N. Kozicki // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2013. - Vol. 46, N 7. - P. 074005 (14 p.). https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/7/074005

14. Boon, M. R. The Poole-Frenkel pre-exponential factor / M. R. Boon // Thin Solid Films. - 1972. - Vol. 11, N 1. -P. 183-185. https://doi.org/10.1016/0040-6090(72)90357-4

15. Two-band conduction in TiO2 / D. V. Gritsenko [et al.] // Physics of the Solid State. - 2006. - Vol. 48, N 2. - P. 224-228. https://doi.org/10.1134/s10637834060220053

Источник

Информация

Автор

Комаров Ф. Ф. Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета
Романов И. А. Белорусский государственный университет
Власукова Л. А. Белорусский государственный университет
Пархоменко И. Н. Белорусский государственный университет
Цивако А. А. ОАО «Интеграл»
Ковальчук Н. С. ОАО «Интеграл»

Страницы

403-410

Год издания

2020

Ключевые слова

Коллекции

Доклады Национальной академии наук Беларуси