无形氧化物纳米复合材料的薄膜设计能够实现强大的界面电阻切换均性
Markus Hellenbrand1, Babak Bakhit1,2,3, Hongyi Dou4
1Department of Materials Science & Metallurgy, University of Cambridge, 27 Charles Babbage Rd, Cambridge CB3 0FS, UK.
Science advances
|June 21, 2023
概括
研究人员开发了用于电阻开关 (RS) 设备的新型相隔无形纳米复合材料薄膜. 这种设计使得稳定,多态内存对于神经形态计算应用至关重要.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
- 固态电子 固态电子
背景情况:
- 电阻切换 (RS) 是非易失性记忆和神经形态计算的一个关键现象.
- 基于氧化 (HfO2) 的设备对RS应用具有前景.
- 控制膜结构和特性对于可靠的RS设备性能至关重要.
研究的目的:
- 介绍分相无形纳米复合材料薄膜的设计概念.
- 使用这个概念,在基于氧化的设备中实现界面电阻切换.
- 探索突触可塑性应用的潜力.
主要方法:
- 在低温 (≤400°C) 脉冲激光沉积过程中将 (Ba) 纳入氧化.
- 制造具有特定纳米柱状结构的无形纳米复合材料薄膜.
- 电阻切换属性的表征,包括耐久性,内存窗口和中间状态.
主要成果:
- 实现了稳定的循环到循环,设备到设备和样本到样本的可重复性.
- 在低电压 (±2V) 中,具有显著的内存窗口 (≥10) 的高开关耐用性 (≥10^4周期).
- 启用了多个中间阻力状态,促进了依赖于突触尖峰时间的可塑性.
结论:
- 分离相位的无形纳米复合材料设计有效地将电阻切换限制在一个类似于Schottky的界面屏障上.
- 在电场下的离子迁移调整了屏障大小,从而实现了可控切换.
- 这种方法为先进的电阻开关设备和神经形态应用提供了新的设计变量.
