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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 16/2020

08.07.2020

Ag/HfO2-based conductive bridge memories elaborated by atomic layer deposition: impact of inert electrode and HfO2 crystallinity on resistive switching mechanisms

verfasst von: M. Saadi, P. Gonon, C. Vallée, F. Jomni, E. Jalaguier, A. Bsiesy

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 16/2020

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Abstract

Resistance switching is studied in conductive bridge memory structures made from atomic layer deposited HfO2 and Ag active electrode. Inert electrode is varied by using different substrates (TiN, W, Pt). HfO2 crystallinity is modified by varying the deposition temperature (300/350 °C) and the film thickness (10/20 nm). Current–voltage characteristics, as well as current–time characteristics (to access to the switching kinetics), are studied according to the inert electrode nature and HfO2 structural properties. Results are discussed along resistance transition mechanisms which imply (i) the generation of oxygen vacancies by electronic injection at the inert electrode, (ii) Ag diffusion along oxygen vacancy paths, and (iii) the reduction of silver ions controlled by the inert electrode/HfO2 interface. Best characteristics, in terms of stability, are observed with Pt inert electrode and 10 nm films. Crystalline and amorphous films (10 nm) provide similar characteristics. In 10 nm films, TiN and W inert electrodes lead to variability in electrical properties (parasitic sets during reset, switching time dispersion). Such a variability is related to high electronic injection at the TiN/HfO2 and W/HfO2 interfaces which creates a high density of oxygen vacancy paths (Ag diffusion paths). In thicker and well-crystallized films (20 nm), progressive set is observed. This is ascribed to conduction along oxygen vacancy paths, which dominates over conduction along Ag conductive bridges.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat A.H. Edwards, H.J. Barnaby, K.A. Campbell, M.N. Kozicki, W. Liu, M.J. Marinella, Proc. IEEE 103, 1004 (2015)CrossRef A.H. Edwards, H.J. Barnaby, K.A. Campbell, M.N. Kozicki, W. Liu, M.J. Marinella, Proc. IEEE 103, 1004 (2015)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat L. Wang, C. Yang, J. Wen, S. Gai, Y. Peng, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26, 4618 (2015) L. Wang, C. Yang, J. Wen, S. Gai, Y. Peng, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26, 4618 (2015)
3.
Zurück zum Zitat X. Wu, K. Li, N. Raghavan, M. Bosman, Q.-X. Wang, D. Cha, X.-X. Zhang, K.-L. Pey, Appl. Phys. Lett. 99, 093502 (2011)CrossRef X. Wu, K. Li, N. Raghavan, M. Bosman, Q.-X. Wang, D. Cha, X.-X. Zhang, K.-L. Pey, Appl. Phys. Lett. 99, 093502 (2011)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Y.Y. Chen, G. Pourtois, C. Adelmann, L. Goux, B. Govoreanu, R. Degreave, M. Jurczak, J.A. Kittl, G. Groeseneken, D.J. Wouters, Appl. Phys. Lett. 100, 113513 (2012)CrossRef Y.Y. Chen, G. Pourtois, C. Adelmann, L. Goux, B. Govoreanu, R. Degreave, M. Jurczak, J.A. Kittl, G. Groeseneken, D.J. Wouters, Appl. Phys. Lett. 100, 113513 (2012)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat M.B. Gonzales, J.M. Raff, O. Beldarrain, M. Zabala, F. Campabadal, IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 14, 769 (2014)CrossRef M.B. Gonzales, J.M. Raff, O. Beldarrain, M. Zabala, F. Campabadal, IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 14, 769 (2014)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat T.-L. Tsai, H.-Y. Chang, F.-S. Jiang, T.-Y. Tseng, I.E.E.E. Electron, Device Lett. 36, 1146 (2015)CrossRef T.-L. Tsai, H.-Y. Chang, F.-S. Jiang, T.-Y. Tseng, I.E.E.E. Electron, Device Lett. 36, 1146 (2015)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat T. Nagata, M. Haemori, Y. Yamashita, H. Yoshikawa, Y. Iwashita, K. Kobayashi, T. Chikyow, Appl. Phys. Lett. 99, 223517 (2011)CrossRef T. Nagata, M. Haemori, Y. Yamashita, H. Yoshikawa, Y. Iwashita, K. Kobayashi, T. Chikyow, Appl. Phys. Lett. 99, 223517 (2011)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Y. Wang, Q. Liu, S. Long, W. Wang, Q. Wang, M. Zhang, S. Zhang, Y. Li, Q. Zuo, J. Yang, M. Liu, Nanotechnology 21, 045202 (2010)CrossRef Y. Wang, Q. Liu, S. Long, W. Wang, Q. Wang, M. Zhang, S. Zhang, Y. Li, Q. Zuo, J. Yang, M. Liu, Nanotechnology 21, 045202 (2010)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat A. Ramadoss, K. Krishnamoorthy, S.J. Kim, Appl. Phys. Express 5, 085803 (2012)CrossRef A. Ramadoss, K. Krishnamoorthy, S.J. Kim, Appl. Phys. Express 5, 085803 (2012)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat K.-L. Lin, T.-H. Hou, J. Shieh, J.-H. Lin, C.-T. Chou, Y.-J. Lee, J. Appl. Phys. 109, 084104 (2011)CrossRef K.-L. Lin, T.-H. Hou, J. Shieh, J.-H. Lin, C.-T. Chou, Y.-J. Lee, J. Appl. Phys. 109, 084104 (2011)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat M.A. Villena, F. Jiménez-Molinos, J.B. Roldán, J. Suñé, S. Long, X. Lian, F. Gámiz, M. Liu, J. Appl. Phys. 114, 144505 (2013)CrossRef M.A. Villena, F. Jiménez-Molinos, J.B. Roldán, J. Suñé, S. Long, X. Lian, F. Gámiz, M. Liu, J. Appl. Phys. 114, 144505 (2013)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat T. Tsuruoka, I. Valov, S. Tappertzhofen, J. van den Hurk, T. Hasegawa, R. Waser, M. Aono, Adv. Funct. Mater. 25, 6374 (2015)CrossRef T. Tsuruoka, I. Valov, S. Tappertzhofen, J. van den Hurk, T. Hasegawa, R. Waser, M. Aono, Adv. Funct. Mater. 25, 6374 (2015)CrossRef
13.
14.
Zurück zum Zitat A. Salaün, H. Grampeix, J. Buckley, C. Mannequin, C. Vallée, P. Gonon, S. Jeannot, C. Gaumer, M. Gros-Jean, V. Jousseaume, Thin Solid Films 525, 20 (2012)CrossRef A. Salaün, H. Grampeix, J. Buckley, C. Mannequin, C. Vallée, P. Gonon, S. Jeannot, C. Gaumer, M. Gros-Jean, V. Jousseaume, Thin Solid Films 525, 20 (2012)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat C. Jorel, C. Vallée, E. Gourvest, B. Pelissier, M. Kahn, M. Bonvalot, P. Gonon, J. Vac. Sci. Technol. B 27, 378 (2009)CrossRef C. Jorel, C. Vallée, E. Gourvest, B. Pelissier, M. Kahn, M. Bonvalot, P. Gonon, J. Vac. Sci. Technol. B 27, 378 (2009)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat C. Mannequin, P. Gonon, C. Vallée, L. Latu-Romain, A. Bsiesy, H. Grampeix, A. Salaün, V. Jousseaume, J. Appl. Phys. 112, 074103 (2012)CrossRef C. Mannequin, P. Gonon, C. Vallée, L. Latu-Romain, A. Bsiesy, H. Grampeix, A. Salaün, V. Jousseaume, J. Appl. Phys. 112, 074103 (2012)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat M. Saadi, P. Gonon, C. Vallée, C. Mannequin, H. Grampeix, E. Jalaguier, F. Jomni, A. Bsiesy, J. Appl. Phys. 119, 114501 (2016)CrossRef M. Saadi, P. Gonon, C. Vallée, C. Mannequin, H. Grampeix, E. Jalaguier, F. Jomni, A. Bsiesy, J. Appl. Phys. 119, 114501 (2016)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat U. Celano, L. Goux, A. Belmonte, K. Opsomer, A. Franquet, A. Schulze, C. Detavernier, O. Richard, H. Bender, M. Jurczak, W. Vandervorst, Nano Lett. 14, 2401 (2014)CrossRef U. Celano, L. Goux, A. Belmonte, K. Opsomer, A. Franquet, A. Schulze, C. Detavernier, O. Richard, H. Bender, M. Jurczak, W. Vandervorst, Nano Lett. 14, 2401 (2014)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Q. Liu, J. Sun, H. Lv, S. Long, K. Yin, N. Wan, Y. Li, L. Sun, M. Liu, Adv. Mater. 24, 1844 (2012)CrossRef Q. Liu, J. Sun, H. Lv, S. Long, K. Yin, N. Wan, Y. Li, L. Sun, M. Liu, Adv. Mater. 24, 1844 (2012)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Y. Yang, P. Gao, S. Gaba, T. Chang, X. Pan, W. Lu, Nat. Commun. 3, 372 (2012) Y. Yang, P. Gao, S. Gaba, T. Chang, X. Pan, W. Lu, Nat. Commun. 3, 372 (2012)
23.
Zurück zum Zitat S. Brivio, G. Tallarida, E. Cianci, S. Spiga, Nanotechnology 25, 385705 (2014)CrossRef S. Brivio, G. Tallarida, E. Cianci, S. Spiga, Nanotechnology 25, 385705 (2014)CrossRef
24.
26.
Zurück zum Zitat D.-Y. Cho, T.J. Park, K.D. Na, J.H. Kim, C.S. Hwang, Phys. Rev. B 78, 132102 (2008)CrossRef D.-Y. Cho, T.J. Park, K.D. Na, J.H. Kim, C.S. Hwang, Phys. Rev. B 78, 132102 (2008)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat C. Mannequin, P. Gonon, C. Vallée, A. Bsiesy, H. Grampeix, V. Jousseaume, J. Appl. Phys. 110, 104108 (2011)CrossRef C. Mannequin, P. Gonon, C. Vallée, A. Bsiesy, H. Grampeix, V. Jousseaume, J. Appl. Phys. 110, 104108 (2011)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat C. Schindler, G. Staikov, R. Waser, Appl. Phys. Lett. 94, 072109 (2009)CrossRef C. Schindler, G. Staikov, R. Waser, Appl. Phys. Lett. 94, 072109 (2009)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Y. Bernard, P. Gonon, V. Jousseaume, Appl. Phys. Lett. 96, 193502 (2010)CrossRef Y. Bernard, P. Gonon, V. Jousseaume, Appl. Phys. Lett. 96, 193502 (2010)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat S. Monaghan, P.K. Hurley, K. Cherkaoui, M.A. Negara, A. Schenk, Solid-State Electron. 53, 438 (2009)CrossRef S. Monaghan, P.K. Hurley, K. Cherkaoui, M.A. Negara, A. Schenk, Solid-State Electron. 53, 438 (2009)CrossRef
Metadaten
Titel
Ag/HfO2-based conductive bridge memories elaborated by atomic layer deposition: impact of inert electrode and HfO2 crystallinity on resistive switching mechanisms
verfasst von
M. Saadi
P. Gonon
C. Vallée
F. Jomni
E. Jalaguier
A. Bsiesy
Publikationsdatum
08.07.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 16/2020
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-020-03903-9

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