교차 포인트 어레이 애플리케이션을 위한 내구성이 높은 Ag-Ga2Te3 선택기의 임계값 전환

결과 및 토론

그림 2a는 깨끗한 TiN/Ag-Ga₂의 단면 TEM 이미지를 보여줍니다. 테₃ /TiN 선택기 장치의 스택입니다. Ga₂ 상단에는 10 nm 두께의 Ag 중간층이 관찰되지 않았습니다. 테₃ 얇은 필름. 그림 2b는 그림 2a에 표시된 빨간색 직사각형 영역에 대한 Ga, Te, Ag 및 Ti 요소의 EDS 매핑을 나타냅니다. EDS 매핑 이미지는 Ag가 Ga₂에 균일하게 분포되어 있음을 보여줍니다. 테₃ Ag의 co-sputtering 공정이 적용되지 않았음에도 불구하고 필름. 균질한 Ag-Ga₂ 테₃ 스택 형성 중 Ag의 확산으로 인해 막이 형성되었을 수 있습니다. 이러한 Ag의 빠른 균질화는 GeTe 필름에서도 보고되었습니다[30,31,32]. Ag는 Ga₂로 확산될 수 있습니다. 테₃ Ga₂의 NBT 및 Ga 공석과 같은 결함으로 인한 박막 테₃ 박막 [18, 27,28,29].

아 TiN/Ag-Ga₂의 단면 TEM 이미지 테₃ /TiN 장치 구조. ㄴ a에 표시된 빨간색 직사각형 영역에 대한 Ga, Te, Ag 및 Ti의 TEM-EDS 매핑 이미지

그림 3a는 Ag-Ga₂의 전류-전압(I-V) 특성을 보여줍니다. 테₃ DC 스위프의 연속 100주기 동안 바닥 전극 면적이 0.42μm × 0.42μm인 장치. 성형 공정 없이 TS 특성을 보였다. TE의 전압이 0에서 1.5V로 휩쓸렸을 때 전도 전류는 V에서 급격히 증가했습니다. _TH ≈ 0.87 V ~ I _comp 이는 장치가 고저항 상태(HRS)에서 저저항 상태(LRS)로 전환되었음을 나타내는 1μA로 설정되었습니다. 장치는 V에서 HRS로 다시 완화되었습니다. _보류 ≈ 0.12V 전압이 1.5V에서 0V로 감소했을 때 V _TH 및 V _보류 . V에서 오프 상태 전류 _TH Ag 또는 Cu와 같은 활성 금속을 사용하여 이전에 보고된 칼코게나이드 기반 선택기와 비교할 때 가장 낮은 값 중 하나에 해당하는 100fA 미만으로 측정되었습니다[14, 18, 25, 30, 33]. 온 전류와 오프 전류의 비율로 정의되는 선택도는 약 10 ⁸ 이었습니다. . 그림 3b에서 볼 수 있듯이 I-V 곡선은 다양한 I _comp 10nA ~ 10µA 범위의 값으로 작동 전류의 유연성을 나타냅니다. V의 차이가 큰 무성형 TS _TH 및 V _보류 Ag-Ga₂의 테₃ 선택기 장치는 Ga₂의 TS 특성보다 분명히 유리합니다. 테₃ -오직 OTS 선택기 장치[34]. 성형 공정은 실제 장치 응용에 잠재적인 장애물로 간주되기 때문에 Ag-Ga₂의 무성형 특성 테₃ 장치는 성형 공정이 필요한 선택 장치보다 유리합니다[35]. 또한 Ag-Ga₂의 히스테리시스가 큰 TS 특성 테₃ 선택기 장치는 CPA 구조의 작동 복잡성을 낮추고 엄격한 전압 일치 요구 사항을 완화할 수 있습니다[18, 19]. 또한 Ag-Ga₂ 테₃ 선택기는 그림 3c와 같이 측정 단계당 1.5mV의 스캔 속도와 함께 0.19mV/dec의 가파른 켜짐 기울기를 보여줍니다. Ag-Ga₂ 테₃ 선택기 장치는 높은 선택성(10 ⁸ ), 낮은 오프 상태 전류(<100 fA), 급격한 턴온 슬로프(0.19mV/dec), 무형성 특성

아 나 –V Ag-Ga₂의 특성 테₃ 100 연속 사이클 동안 DC 전압 스위프 결과를 위한 선택기 장치. Ag-Ga₂ 테₃ 선택기 장치는 10 ⁸ 의 켜기/끄기 비율로 상당히 낮은 누설 전류(<100 fA)를 보여줍니다. . ㄴ Ag-Ga₂의 TS 특성 테₃ 다양한 I의 기반 선택기 장치 _comp 10nA~10μA의 값 ㄷ 나의 클로즈업 보기 –V 0.19mV/dec의 켜짐 기울기를 보여주는 TS의 곡선

장치 성능의 변화는 CPA 구조에 선택기를 적용하는 데 중요한 요소이므로 V _TH , V _보류 , 고저항 상태의 저항(R _HRS ) 및 저저항 상태의 저항(R _LRS ) 25개의 임의 장치에 대해 조사되었습니다. 그림 4a는 임계 전압 분포가 0.75~1.08V 범위인 반면 홀드 전압 분포는 0.06~0.375V 범위임을 보여줍니다. 또한 HRS의 저항 분포 범위는 10 ¹¹ 입니다. ~ 10 ¹⁴ Ω, LRS의 저항은 약 10 ⁶ 인 반면 Ω, 그림 4b와 같이. 금속 전도 채널 형성으로 인해 Ag 또는 Cu와 같은 활성 금속을 사용하는 선택기 장치는 비교적 넓은 변화 특성을 나타냅니다[36, 37]. 따라서 도핑이나 버퍼층 삽입을 통해 이러한 특성의 신뢰성을 향상시키는 연구가 보고되고 있다[37, 38].

아 V의 기기 간 변형 _TH 및 V _보류 25개 장치에 대해 ㄴ R의 기기 간 변형 _HRS 및 R _LRS 25개 장치용

Ag-Ga₂의 과도 응답을 조사하기 위해 테₃ 선택기에서 WGFMU(Waveform Generator Fast Measurement Unit)를 사용하여 외부 부하 저항이 1MΩ인 높이 3V, 상승-하강 시간 100ns, 지속 시간 1.5μs의 전압 펄스 동안 전류를 측정했습니다. 그림 5a에 나와 있습니다. Ag-Ga₂의 전도 전류 테₃ 셀렉터 소자는 전압이 최대 3V에 도달한 시점부터 406ns 후에 피크 값에 도달했습니다. 또한 인가된 전압이 제거된 후 605ns 이내에 소자가 오프 상태로 전환되었습니다. 따라서 Ag-Ga₂의 켜짐 시간과 꺼짐 시간은 테₃ 선택기는 각각 약 400ns와 600ns로 추정되었습니다. Ag-Ga₂의 느린 스위칭 테₃ 선택자는 전도 채널 형성을 위한 Ag의 이동 및 산화환원 반응에 기인할 수 있습니다. 또한 인가 전압과 측정 온도가 스위칭 시간에 미치는 영향을 1.5-5V의 입력 전압과 298-375K의 측정 온도에서 조사했습니다. 스위칭 시간은 1μs에서 294초로 감소했습니다. ns인 반면, 스위칭 오프 시간은 그림 5b와 같이 펄스 전압이 1.5V에서 3.5V로 증가함에 따라 400ns에서 849ns로 증가했습니다. 적용된 전압에 대한 스위칭 속도의 의존성은 이전에 보고된 HfO₂에 대한 Ag 층의 결과와 비슷합니다. 및 TiO₂ [39]. 또한, 그림 5c는 측정 온도가 증가함에 따라 켜짐 및 꺼짐 시간이 감소함을 보여줍니다. 그림 5d에 표시된 측정 온도에 대한 스위칭 속도의 Arrhenius 플롯에 따르면 측정 온도에 대한 스위칭 속도의 지수 의존성은 전해질 필름 매트릭스에서 Ag 원자의 확산과 같은 열적으로 촉진된 프로세스에 기인할 수 있습니다[40]. 켜기 및 끄기를 위한 활성화 에너지는 각각 0.50 eV 및 0.40 eV로 추정되었으며, 이는 Ag 필라멘트 기반 장치에 대한 이전 보고서에서 제시된 것과 유사합니다[41]. Ag 전도성 채널은 HfO₂의 전기적 바이어스 하에서 형성되었다고 보고되었습니다. , SiO₂ 및 TiO₂ [15, 42, 43]. 그러나 이 연구에서 Ag는 깨끗한 Ga₂에 균일하게 분포되어 있는 것으로 관찰되었습니다. 테₃ 영화. Ga₂의 TS 메커니즘 테₃ Ag가 균일하게 분포된 필름은 명확하게 이해되지 않으며 Ag는 Ga₂의 전도성 채널 형성과 관련이 있을 수 있습니다. 테₃ 전기 바이어스 하에서 필름. 따라서 Ag-Ga₂의 입력 전압과 측정 온도에 대한 스위칭 속도의 의존성은 테₃ 선택기 장치는 전도성 채널의 형성에 기인할 수 있습니다.

아 AC 나 –V Ag-Ga₂ 측정 테₃ 선택기 장치(측정 조건:상승 시간 =100 ns, 지속 시간 =1.5 μs, 하강 시간 =100 ns 및 입력 전압 =3 V). ㄴ 적용된 펄스 전압에 따른 스위칭 속도. ㄷ 측정 온도에 따른 스위칭 속도. d 측정 온도에 대한 스위칭 속도의 Arrhenius 플롯

교류 내구 특성은 스위칭 속도 시험과 동일한 전압 펄스 조건에서 조사하였다. HRS와 LRS의 판독 전압은 각각 0.5V와 3V였습니다. HRS 및 LRS의 측정된 저항은 그림 6과 같이 450포인트/디케이드에 대해 표시됩니다. Ag-Ga₂ 테₃ 선택기 장치는 최대 10 ⁹ 까지 안정적인 내구성 특성을 나타냈습니다. 10 ⁸ 의 선택성을 유지하는 주기 , 따라서 칼코게나이드 및 활성 금속을 사용한 다른 선택기와 비교할 때 우수한 스위칭 내구성 특성을 보여줍니다[18, 25, 30].

Ag-Ga₂의 AC 내구성 특성 테₃ 선택 장치 최대 10 ⁹ 주기(R에 대한 0.5V 및 3V 판독 전압 _HRS 및 R _LRS , 각각)