Abstract The MoS2 as a switching material has recently shown promising resistive switching characteristics. In this work, we demonstrate the impact of TiOx/Al2O3 interfacial layer on memristive/artificial synapse characteristics using MoS2-based Al/Cu/TiOx(or)Al2O3/MoS2/TiN structure. Owing to its barrier properties over Cu migration, the memristor with 2 nm-thick TiOx layer shows significant improvement in resistive switching as compared to both Al2O3 interfacial layer and 4 nm-thick MoS2. The memristor shows uniform long P/E endurance of 2×109 cycles under a low operation current of 200 μA and the high switching speed of 100 ns is applied. The ex-situ transmission electron microscope image reveals the formation of Cu metallic filament in MoS2 layer after long P/E endurance. At high operation current (1 mA), both the TiOx and Al2O3 interfacial layers show long P/E endurance of >109 cycles. In addition, the TiOx based memory device shows excellent RESET voltage controlled gradual RESET behavior without memory loss, enhanced uniform artificial synapse behavior with a maximum long-term potentiation/depression states of 55/500 at a small energy consumption of 5.7 pJ for future memory in computing application.

中文翻译：

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在基于 MoS2 的金属丝存储器中使用 TiOx/Al2O3 界面工程的忆阻和人工突触性能

摘要 MoS2 作为开关材料最近显示出有希望的电阻开关特性。在这项工作中，我们使用基于 MoS2 的 Al/Cu/TiOx(或)Al2O3/MoS2/TiN 结构证明了 TiOx/Al2O3 界面层对忆阻/人工突触特性的影响。由于其对 Cu 迁移的阻挡特性，与 Al2O3 界面层和 4nm 厚的 MoS2 相比，具有 2nm 厚 TiOx 层的忆阻器在电阻转换方面表现出显着改善。忆阻器在 200 μA 的低工作电流和 100 ns 的高开关速度下显示出 2×109 周期的均匀长 P/E 耐久性。异位透射电子显微镜图像显示，经过长时间的 P/E 耐受后，在 MoS2 层中形成了 Cu 金属丝。在高工作电流 (1 mA) 下，TiOx 和 Al2O3 界面层均显示出 >109 次循环的长 P/E 耐久性。此外，基于 TiOx 的存储器件显示出出色的 RESET 电压控制的渐进式 RESET 行为而不会丢失记忆，增强的均匀人工突触行为具有 55/500 的最大长期增强/抑制状态，而未来记忆的能耗仅为 5.7 pJ在计算应用中。