Multifilamentary Character of Anticorrelated Capacitive and Resistive Switching in Memristive Structures Based on (Co−Fe−B)x(

Abstract

Resistive and capacitive switching in capacitor metal/nanocomposite/metal structures based on (CoFeB) x (LiNbO 3 ) 100−x nanocomposite (NC) fabricated by ion-beam sputtering with metal content x  8-20 at. % is studied. The peculiarity of the structure synthesis was the use of increased oxygen content ( 210 −5 Torr) at the initial stage of the NC growth. The NC films, along with metal nanogranules of 3-7 nm in size, contained a large number of dispersed Co (Fe) atoms (up to ~10 22 cm -3 ). Measurements were performed both in DC and AC (frequency range 5-13 MHz) regimes. When switching structures from high-resistance (R off ) to low-resistance (R on ) state, the effect of a strong increase in their capacity was found, which reaches 8 times at x  15 at. % and the resistance ratio R off /R on  40. The effect is explained by the synergetic combination of the multifilamentary character of resistive switching and structural features of the samples associated, in particular, with the formation of high-resistance and strongly polarizable LiNbO 3 layer near the bottom electrode of the structures.

Влияние кислорода и паров воды на структурные превращения в наногранулированных композитах (Co-=SUB=-40-=/SUB=-Fe-=SUB=-40-=/SUB=-B-=SUB=-20-=/SUB=-)-=SUB=-x-=/SUB=-(LiNbO-=SUB=-3-=/SUB=-)-=SUB=-100-x-=/SUB=-

“…6 из [22]). сопротивления в области температур T ≤ T c , предшествующих активной фазе рекристаллизации, представляется естественным связать с плохой растворимостью металлов типа Fe(Co) в оксидной матрице композитов и сильной неравновесностью возникающей гетерогенной системы, в которой процессы нуклеации гранул и последующей их коалесценции оказываются чувствительными к температуре [18,19]. В результате этих процессов при содержании металла ниже порога перколяции гранулы укрупняются, средние расстояния между ними увеличиваются, что и приводит к росту сопротивления нанокомпозита [19].…”

“…В предыдущих работах было установлено, что ключевую роль в процессе резистивного переключения в такого рода системах играют кислородные вакансии в диэлектрической фазе [13][14]. Другим немаловажным фактором, ответственным за устойчивость и многоуровневый характер РП является концентрация внедренных (диспергированных) атомов металлической фазы в ди-электрической матрице [11,12,[15][16][17][18]. Данные факторы чувствительны к технологии получения гетерогенных структур, в частности к присутствию в распылительной камере активных газов (кислорода и паров воды).…”

Формирование пленки композитов (Co-=SUB=-40-=/SUB=-Fe-=SUB=-40-=/SUB=-B-=SUB=-20-=/SUB=-)-=SUB=-x-=/SUB=-(LiNbO-=SUB=-3-=/SUB=-)-=SUB=-100-x-=/SUB=- на металлической подложке

“…В последние годы проводятся интенсивные исследования нанокомпозитов из металлических гранул в оксидной матрице при разработке мемристивных элементов в плане использования их в качестве функциональной среды [1][2][3]. Хорошие мемристивные свойства выявлены в наногранулированных композитах (Co 40 Fe 40 B 20 ) x (LiNbO 3 ) 100−x : отношение величин электрического сопротивления в высокоомном и низкоомном состояних R off /R on > 100, максимальное количество циклов переключения N max > 10 5 [4][5][6]. Эффект обратимого резистивного переключения (РП) из одного состояния (высокоомного) в другое (низкоомное) и обратно под действием переключающего потенциала с изменяющейся полярностью подразумевает анизотропные свойства функциональной среды или материала электрических контактов.…”

Stability of quantized conductance levels in memristors with copper filaments: toward understanding the mechanisms of resistive switching

“…Importantly, a large number of accessible stable resistive states (a property also referred to as the plasticity) greatly enhances the versatility of memristors in such neuromorphic devices [10]. Thus, understanding of the physical mechanisms underlying RS and retention of resistive states in various types of memristors is required to fuel the progress of the technology towards the new applications [5,9,11]. In fact, the corresponding physics remains quite intricate, depending on the particular memristor type, thus, combining experimental and theoretical efforts appears a fruitful strategy for unraveling it.…”