Sr2Ti6O13 또는 Sr1Ti11O20 상의 형성 가능성을 통한 원자층 증착 SrTiO3 막의 저항 스위칭 거동

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 20550(2016) 이 기사 인용

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많은 저항 스위칭(RS) 장치에서 전도성 필라멘트(CF)와 같은 나노규모 전도성 단계의 미세 구조 진화를 식별하는 것은 RS 기반 전자 장치의 전기적 동작을 명확하게 이해하는 데 중요한 요소입니다. 다양한 RS 재료 시스템 중에서 산화물 기반 산화 환원 시스템은 이러한 흥미로운 전자 장치의 주요 범주로 구성되며, 여기서 박막의 측면 및 수직 방향을 따라 산소 화학의 변화가 주요 RS 메커니즘으로 제안되었습니다. 그러나 CF와 같이 독특한 결정학적 단계를 포함하는 시스템이 있습니다. TiO2의 Magnéli 상은 매우 잘 알려진 사례 중 하나입니다. 현재 연구에서는 원자층 증착된 SrTiO3 RS 박막에 특유의 국소 전도성 위상이 존재할 가능성이 있음을 보고합니다. 전도상은 광범위한 투과 전자 현미경 연구를 통해 확인되었으며, 이는 산소 결핍 Sr2Ti6O13 또는 Sr1Ti11O20 상이 아마도 Pt/TiN/SrTiO3/Pt 구조에서 단극 세트 스위칭 후에 SrTiO3의 결정립 경계를 따라 주로 존재함을 나타냅니다. 상세한 전기적 특성 분석을 통해 메모리 셀이 단극 재설정된 후 샘플이 전형적인 양극성 및 상보성 RS를 나타냄이 밝혀졌습니다.

산화환원 기반 산화물 저항 스위치(RS) 장치는 저항 스위칭 랜덤 액세스 메모리(RRAM)라고 불리는 흥미롭고 미래 지향적인 전자 메모리 장치의 주요 범주로 간주될 수 있습니다. 다양하고 복잡한 산화환원 반응을 갖는 다양한 산화물 시스템이 있기 때문에 산화물 기반 RRAM의 상세한 전기적 특성은 구성 재료, 전극 및 제조 공정에 따라 크게 달라집니다. 상변화 메모리를 위한 재료 시스템이 다소 협소화된 Ge-Sb-Te 합금에 비해 이러한 다양성이 너무 많기 때문에 RRAM에 대한 연구가 학계와 산업계에서 매우 활발하게 진행되고 있습니다. 그러나 이러한 다양성은 RRAM 상용화를 위한 최선의 선택을 결정하는 데 있어 특정 과제를 야기하기도 했습니다. 일반적으로 산화물 기반 RS 재료는 두 그룹으로 분류될 수 있습니다. 하나는 국부적으로 전도되는 독특한 결정학적 단계를 포함하고 다른 하나는 그러한 단계를 포함하지 않습니다. 첫 번째의 대표적인 예는 TiO2인데, 여기서 일반식 TinO2n-1(n = 2, 3, 4…)로 표시할 수 있는 Magnéli 상 물질은 전도성 필라멘트(CF)와 단극 저항 스위칭( TiO2 필름의 URS)는 상단 전극과 하단 전극을 연결하는 Magnéli CF의 반복된(열) 파열과 (필드 구동) 회춘에서 잘 이해될 수 있습니다6. TiO2의 양극성 RS(BRS)에서 Magnéli CF 파열 영역 내의 전기장에 의한 산소 이동(공극)에 의해 매개되는 산화환원 유사 반응은 상세한 전기적 RS 거동을 잘 설명합니다7. 대조적으로, HfO2는 산화물 기반 RS 물질의 두 번째 그룹을 나타내며, 이 물질 시스템에는 국부적인 CF를 형성할 수 있는 독특한 결정학적 단계가 부족합니다. 이 경우, 현장 구동 산소 결손(VO) 매개 산화환원 반응은 관찰된 BRS를 잘 설명하며, 이는 또한 이러한 재료 시스템8에서 URS를 관찰하는 데 있어서의 일반적인 어려움을 설명합니다. Wang 등의 최근 연구. HfO2 RS 셀에서 낮은 저항 상태(LRS)의 저항성 전도는 반도체 CF와 관련이 있으며, 이는 이 시스템에서 금속 전도성일 수 있는 독특한 두 번째 단계가 부족함을 시사합니다9. 독특한 전도성 단계가 부족하기 때문에 이러한 재료 시스템의 전기적 작동뿐만 아니라 제조 공정을 통해 전도성을 미세 조정할 수 있는 가능성이 유리합니다. 그럼에도 불구하고 점 결함을 추가하거나 잃음으로써 이러한 전도 단계를 무작위로 전환하면 심각한 무작위 전신 잡음 문제와 같은 다른 중요한 문제가 발생할 수 있습니다.