在基于Cu的ReRAM设备中,在中断的重置操作期间,对纳米纤维重建的形态分析
Shehla Yasmeen1, Aaron DiFilippo1, Marius Orlowski2
1Bradley Department of Electrical and Computer Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA, 24061, USA.
Scientific reports
|December 31, 2025
概括
电阻随机存取存储器 (ReRAM) 设备在重置期间由于导电丝重建而表现出增强. 强烈的电场和焦耳加热驱动原子变化,提高神经形态计算的设备可靠性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电气工程 电气工程
- 物理 物理学 物理
背景情况:
- 电阻随机存储器 (ReRAM) 设备对于下一代计算至关重要.
- 了解导电丝 (CF) 动态是提高ReRAM可靠性的关键.
- 在重置操作期间出现的异常增强效应需要详细的物理解释.
研究的目的:
- 为了提供一个全面的物理分析的强化效应在Cu/TaOx/Pt ReRAM设备中断重置期间.
- 开发一种电热模型,将电阻降低与导电丝的原子重建联系起来.
- 阐明控制CF形态变化的基础物理及其对设备性能的影响.
主要方法:
- 为ReRAM设备开发一个全面的电热模型.
- 静电和热模拟,以分析灯丝的行为.
- 在TaOx矩阵内分析Cu原子扩散性和离子电迁移.
- 限制模型使用体积保存原则.
主要成果:
- 该模型预测电阻降低系数为~11,与高电阻纤维的实验数据相匹配.
- 观察到的强化归因于CF的转变,从截断的形变成了沙钟形状.
- 确定了一种两相重置过程 (增强和破裂).
- 该模型从数量上解释了重置行为对电压坡速率的依赖.
结论:
- 这项研究解决了关于ReRAM.filament形态学的争议.
- 由电场和朱尔加热驱动的原子重建是强化效应的主要原因.
- 对CF动态的洞察对于推进ReRAM可靠性和设计至关重要,特别是在神经形态计算应用中.
