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Ta2O5-y-based ReRAM device with annealing-free Ag:ZrNx-based bilayer selector device
Journal of Alloys and Compounds ( IF 6.2 ) Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.157261 Donghyun Kim , Ju Hyun Park , Dong Su Jeon , Tukaram D. Dongale , Tae Geun Kim
Journal of Alloys and Compounds ( IF 6.2 ) Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.157261 Donghyun Kim , Ju Hyun Park , Dong Su Jeon , Tukaram D. Dongale , Tae Geun Kim
Abstract Sneak path current suppression is indispensable for realizing resistive random-access memory-based high-density crossbar array (CBA) architectures. Therefore, we present a Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt nonvolatile resistive switching (RS) device and a selector device with a Pt/Ag-doped ZrNx/Pt configuration, representing bidirectional threshold switching (TS). The cross-sections of both devices were investigated via transmission electron microscopy, and the variation in the Ag content was examined via energy-dispersive X-ray spectroscopy. The radio frequency-sputtered RS device exhibited good switching voltage uniformity (ΔVSET and ΔVRESET ≈ ±0.15) and a large memory window (∼5 × 102). The selector device was developed via co-sputtering of Ag and ZrN, and the optimized device exhibited excellent selectivity (>106), a very low OFF-current (∼10−11 A), a very short delay time (∼70 ns), and stable TS characteristics. On the basis of the optimized structure, a one-selector one-memory device was fabricated by stacking these two devices, and its performance was investigated. Equivalent circuit analysis of the proposed one-selector one-resistor (1S1R) devices in a CBA configuration was performed, and the optimal array size was estimated to demonstrate the applicability of the proposed structure. The results indicated that the maximum permissible crossbar array size of the 1S1R device with the Pt/Ag-doped ZrNx/Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt structure was 2.56 × 1014 (N2, N = 1.6 × 107).
中文翻译:
具有无退火 Ag:ZrNx 双层选择器器件的基于 Ta2O5-y 的 ReRAM 器件
摘要 潜路径电流抑制对于实现基于电阻随机存取存储器的高密度交叉阵列(CBA)架构是必不可少的。因此,我们提出了 Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 非易失性电阻开关 (RS) 器件和具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt 配置的选择器器件,代表双向阈值开关 (TS)。通过透射电子显微镜研究了两种器件的横截面,并通过能量色散 X 射线光谱检查了 Ag 含量的变化。射频溅射 RS 器件表现出良好的开关电压均匀性(ΔVSET 和 ΔVRESET ≈ ±0.15)和大存储窗口(~5 × 102)。选择器器件是通过 Ag 和 ZrN 的共溅射开发的,优化后的器件表现出优异的选择性(> 106)、非常低的关断电流(~10-11 A)、非常短的延迟时间(~70 ns)和稳定的 TS 特性。在优化结构的基础上,将这两种器件堆叠起来制作了一种单选一存储器件,并对其性能进行了研究。对 CBA 配置中所提出的单选择器一电阻 (1S1R) 器件进行等效电路分析,并估计最佳阵列尺寸以证明所提出结构的适用性。结果表明,具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 结构的 1S1R 器件的最大允许交叉阵列尺寸为 2.56 × 1014(N2,N = 1.6 × 107)。对 CBA 配置中所提出的单选择器一电阻 (1S1R) 器件进行了等效电路分析,并估计了最佳阵列尺寸以证明所提出结构的适用性。结果表明,具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 结构的 1S1R 器件的最大允许交叉阵列尺寸为 2.56 × 1014(N2,N = 1.6 × 107)。对 CBA 配置中所提出的单选择器一电阻 (1S1R) 器件进行了等效电路分析,并估计了最佳阵列尺寸以证明所提出结构的适用性。结果表明,具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 结构的 1S1R 器件的最大允许交叉阵列尺寸为 2.56 × 1014(N2,N = 1.6 × 107)。
更新日期:2021-02-01
中文翻译:
具有无退火 Ag:ZrNx 双层选择器器件的基于 Ta2O5-y 的 ReRAM 器件
摘要 潜路径电流抑制对于实现基于电阻随机存取存储器的高密度交叉阵列(CBA)架构是必不可少的。因此,我们提出了 Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 非易失性电阻开关 (RS) 器件和具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt 配置的选择器器件,代表双向阈值开关 (TS)。通过透射电子显微镜研究了两种器件的横截面,并通过能量色散 X 射线光谱检查了 Ag 含量的变化。射频溅射 RS 器件表现出良好的开关电压均匀性(ΔVSET 和 ΔVRESET ≈ ±0.15)和大存储窗口(~5 × 102)。选择器器件是通过 Ag 和 ZrN 的共溅射开发的,优化后的器件表现出优异的选择性(> 106)、非常低的关断电流(~10-11 A)、非常短的延迟时间(~70 ns)和稳定的 TS 特性。在优化结构的基础上,将这两种器件堆叠起来制作了一种单选一存储器件,并对其性能进行了研究。对 CBA 配置中所提出的单选择器一电阻 (1S1R) 器件进行等效电路分析,并估计最佳阵列尺寸以证明所提出结构的适用性。结果表明,具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 结构的 1S1R 器件的最大允许交叉阵列尺寸为 2.56 × 1014(N2,N = 1.6 × 107)。对 CBA 配置中所提出的单选择器一电阻 (1S1R) 器件进行了等效电路分析,并估计了最佳阵列尺寸以证明所提出结构的适用性。结果表明,具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 结构的 1S1R 器件的最大允许交叉阵列尺寸为 2.56 × 1014(N2,N = 1.6 × 107)。对 CBA 配置中所提出的单选择器一电阻 (1S1R) 器件进行了等效电路分析,并估计了最佳阵列尺寸以证明所提出结构的适用性。结果表明,具有 Pt/Ag 掺杂 ZrNx/Pt/Ta2O5-y/Ta/Pt 结构的 1S1R 器件的最大允许交叉阵列尺寸为 2.56 × 1014(N2,N = 1.6 × 107)。