Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 12 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Features of application of composite two-component target with copper inclusions at magnetron sputtering for creation of memristors

A.E. Urazbekov1, P.E. Troyan1, Y.V. Sakharov1

1 Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.12.8 UDC 539.23 EDN DLHEKJ

Abstract

The results of obtaining resistive memory elements and the study of their properties are presented. The samples were metal/dielectric/metal structures, the active layer of which was obtained by magnetron sputtering of a composite titanium-copper target. Electron microscopic analysis showed that the active layer after the transition to a low-resistance state has a vertically oriented morphology, indicating a filamentous switching mechanism. The volt-ampere characteristics and the effect of resistive switching are studied. It was found that the proposed method of obtaining a dielectric layer is suitable for the manufacture of memristors. In particular, it is demonstrated that the use of these films in the structure of a memristive memory element makes it possible to obtain a ratio of a state with a high electrical resistance to a state with a low electrical resistance of more than 102.

  • resistive switching
  • memristive effect
  • copper influence
  • titanium oxide
  • thin films
Аннотация (на русском)

Особенности применения составной двухкомпонентной мишени с медными включениями при магнетронном распылении для создания мемристоров

Представлены результаты получения резистивных элементов памяти и исследование их свойств. Образцы представляли собой структуры металл/диэлектрик/металл, активный слой которого был получен магнетронным распылением составной титаново-медной мишени. Электронно-микроскопический анализ показал, что активный слой после перехода в низкоомное состояние имеет вертикально ориентированную морфологию, указывающий на филаментарный механизм переключения. Изучены вольт-амперные характеристики и эффект резистивного переключения. Обнаружено, что предложенных способ получения диэлектрического слоя является подходящим для изготовления мемристоров. В частности, продемонстрировано, что применение данных пленок в структуре мемристивного элемента памяти позволяет получить отношение состояния с высоким электрическим сопротивлением к состоянию с низким электрическим сопротивлением более чем 102.

For citation

Urazbekov A.E., Troyan P.E., Sakharov Y.V. Features of application of composite two-component target with copper inclusions at magnetron sputtering for creation of memristors // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.8

References

  1. Strukov D.B. et al. The missing memristor found //nature. - 2008. - Т. 453. - №. 7191. - С. 80-83.
  2. Yang J.J., Strukov D. B., Stewart D. R. Memristive devices for computing // Nature nanotech-nology. - 2013. - Т. 8. - №. 1. - С. 13-24.
  3. Yang R. Review of resistive switching mechanisms for memristive neuromorphic devices // Chinese Physics B. - 2020. - Т. 29. - №. 9. - С. 097305.
  4. Matsukatova A.N. et al. Memristors based on poly (p-xylylene) with embedded silver nanoparticles //Technical Physics Letters. - 2020. - Т. 46. - С. 73-76.
  5. Privezentsev V.V. et al. Study of Memristors Based on Silicon-Oxide Films Implanted with Zinc //Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2022. - Т. 16. - №. 3. - С. 402-407.
  6. Li W. et al. Design of high-performance memristor cell using W-implanted SiO2 films //Applied Physics Letters. - 2016. - Т. 108. - №. 15.
  7. Ismail M. et al. Enhancement of resistive switching performance by introducing a thin non-stoichiometric CeO2-x switching layer in TiO2-based resistive random access memory //Applied Physics Letters. - 2019. - Т. 114. - №. 1.
  8. Miao F. et al. Anatomy of a nanoscale conduction channel reveals the mechanism of a high-performance memristor //Advanced materials. - 2011. - Т. 23. - №. 47. - С. 5633-5640.
  9. Stewart D.R. et al. Molecule-independent electrical switching in Pt/organic monolayer/Ti devices // Nano Letters. - 2004. - Т. 4. - №. 1. - С. 133-136.
  10. Chua L. Memristor-the missing circuit element // IEEE Transactions on circuit theory. - 1971. - Т. 18. - №. 5. - С. 507-519.
  11. Троян П.Е., Свириденко М.А. Влияние соотношения микрорельефа электрода и толщины диэлектрического слоя на электрическую прочность и напряженность формовки тонкопленочных структур металл-диэлектрик-металл // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. - 2023. - Т. 15. - №. 2. - С. 22-28.