Switching mechanism in two-terminal vanadium dioxide devices

Radu, Iuliana; Govoreanu, B.; Mertens, S.; Shi, Xiaoping; Cantoro, Mirco; Schaekers, Marc; Jurczak, M.; Gendt, Stefan De; Stesmans, André; Kittl, J. A.; Heyns, Marc; Martens, Koen

doi:10.1088/0957-4484/26/16/165202

Cited by 62 publications

(48 citation statements)

References 28 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…4a revealed more than 5 times wider transition voltage in sample B. While the temperature dependent hysteresis data was not provided for brevity, the hysteresis area for both samples decreased as the temperature was increased, similarly to prior reports [22]. The power needed for MIT in sample B decreased linearly with temperature, confirming Joule heating was the predominant switching mechanism for that sample [22].…”

Section: Resultssupporting

confidence: 76%

Temperature and electric field induced metal-insulator transition in atomic layer deposited VO2 thin films

Tadjer

Downey

Robinson

et al. 2017

Solid-State Electronics

View full text Add to dashboard Cite

Amorphous vanadium oxide (VO 2 ) films deposited by atomic layer deposition (ALD)were crystallized with an ex situ anneal at 660-670 °C for 1-2 hours under a low oxygen pressure (10 -4 to 10 -5 Torr). Under these conditions the crystalline VO 2 phase was maintained, while formation of the V 2 O 5 phase was suppressed. Electrical transition from the insulator to the metallic phase was observed in the 37-60 °C range, with a R ON /R OFF ratio of up to about 750 and T C  7-10 °C. Electric field applied across two-terminal device structures induced a reversible phase change, with a room temperature transition field of about 25 kV/cm in the VO 2 sample processed with the 2 hr long anneal. Both the width and slope of the field induced MIT hysteresis were dependent upon the VO 2 crystalline quality.

show abstract

Section: Resultssupporting

confidence: 76%

Temperature and electric field induced metal-insulator transition in atomic layer deposited VO2 thin films

Tadjer

Downey

Robinson

et al. 2017

Solid-State Electronics

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Электрическое переключение (ЭП) в пленках диокси-да ванадия, обнаруженное еще в начале 70-х годов [1], было и остается предметом многочисленных исследова-ний [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12]. В работах [1][2][3] высказывалась идея о том, что ЭП в рассматриваемых объектах связан с присущим диоксиду ванадия фазовым переходом " металл-полупро-водник" (ФПМП).…”

Section: Introductionunclassified

“…При том, что длительность перехода из высокоомного в низкоомное состояние определялась в ряде работ [5][6][7][8][9][10][11], практи-чески отсутствуют данные о длительности обратного перехода диоксида ванадия: из низкоомного в высокоом-ное состояние после прохождения импульса напряжения. Единственным исключением является, по-видимому, ра-бота [16], в которой представлены результаты иссле-дования эффекта ЭП в структурах на основе NbO 2 , где переключение связано с ФПМП, имеющем место в диоксиде ниобия при значительно более высокой по сравнению с VO 2 температуре (1070 K) [17].…”

Section: Introductionunclassified

Динамика Развития Канала Переключения В Планарных Структурах На Основе Диоксида Ванадия

Беляев¹,

Борисков²,

Величко³

et al. 2018

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

Представлены результаты экспериментального исследования и численного моделирования динамики развития канала переключения в планарных структурах на основе диоксида ванадия. Полученные результаты по изменению со временем температуры в канале и протекающего при импульсном нагружении тока и временам перехода из высокоомного состояния в низкоомное и обратно анализируются на предмет опре-деления механизма переключения и прогнозирования функциональных характеристик переключательных оксиднованадиевых структур как перспективных для создания релаксационных генераторов -прототипов нейроосцилляторов. Показано, что переключение связано с фазовым переходом " металл−полупроводник" в диоксиде ванадия, стимулируемым выделением джоулева тепла. ВведениеЭлектрическое переключение (ЭП) в пленках диокси-да ванадия, обнаруженное еще в начале 70-х годов [1], было и остается предметом многочисленных исследова-ний [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12]. В работах [1-3] высказывалась идея о том, что ЭП в рассматриваемых объектах связан с присущим диоксиду ванадия фазовым переходом " металл-полупро-водник" (ФПМП). Развитию этой идеи, как и других предлагаемых моделей переключения [8][9][10][11][12], может спо-собствовать установление динамики процесса.Недостаточность знаний о процессах, определяющих процесс переключения, сдерживает достижения практи-чески значимых результатов. В настоящее время эта проблема существенно актуализировалась в связи с интересом, проявляемым к ЭП в диоксиде ванадия как перспективному материалу для создания элементов простейших релаксационных генераторов -прототипов нейроосцилляторов (элементов осцилляторных нейрон-ных сетей) [13,14], а также как модельному объекту исследований в нелинейной и хаотической динамике. Важно отметить, что считавшиеся недостатками свой-ства пленочных образцов на основе VO 2 (сравнительно низкая температура ФПМП и скачок проводимости, вы-сокий уровень токовых шумов вблизи пороговых напря-жений переключения) в указанной области применения в определенном смысле обращаются в их достоинства.Так, наличие относительно сильного шума в порого-вых точках переключения является положительным фак-тором в связи с важной ролью эффектов коллективной синхронизации и стохастического резонанса в реальных нейронных сетях [15]. Если говорить о температурном диапазоне работы искусственной нейронной сети на основе VO 2 -осцилляторов, то здесь близкое к комнат-ной температуре значение T t является достоинством, поскольку она сравнима с диапазоном температур жиз-недеятельности большинства биологических объектов. Для создания RC-осциллятора на основе VO 2 переклю-чателя, в принципе, не требуется и высокий скачок про-водимости пленок при ФПМП, так как элементы можно создавать в планарных (в виде пленочных мостиков) и сандвич-конфигурациях с высокой степенью наномас-штабируемости методами стандартной литографии.Принципиально важную роль в функционировании пе-реключателя играет его быстродействие, определяемое динамикой развития канала переключения. При том, что длительность перехода из высокоомного в низкоомное со...

show abstract

“…VO 2 holds great potential for beyond CMOS electronics because the MIT can be induced by electrical excitations, enabling applications based on volatile resistive switching. The VO 2 -based MIT switch in 2-terminal configuration shows interesting properties such as abrupt increase in current with applied voltage 23–31 , fast switching time 32–34 , high reliability 35, 36 , negative differential resistance 37–40 , memristive switching 41, 42 and low temperature dependence of transition dynamics 43, 44 . However, the main drawback of the 2-terminal MIT switch is the relatively high leakage current I OFF due to the small bandgap of VO 2 in the insulating state.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Steep-Slope Transistor Combining Phase-Change and Band-to-Band-Tunneling to Achieve a sub-Unity Body Factor

Vitale

Casu

Biswas

et al. 2017

Sci Rep

View full text Add to dashboard Cite

Steep-slope transistors allow to scale down the supply voltage and the energy per computed bit of information as compared to conventional field-effect transistors (FETs), due to their sub-60 mV/decade subthreshold swing at room temperature. Currently pursued approaches to achieve such a subthermionic subthreshold swing consist in alternative carrier injection mechanisms, like quantum mechanical band-to-band tunneling (BTBT) in Tunnel FETs or abrupt phase-change in metal-insulator transition (MIT) devices. The strengths of the BTBT and MIT have been combined in a hybrid device architecture called phase-change tunnel FET (PC-TFET), in which the abrupt MIT in vanadium dioxide (VO2) lowers the subthreshold swing of strained-silicon nanowire TFETs. In this work, we demonstrate that the principle underlying the low swing in the PC-TFET relates to a sub-unity body factor achieved by an internal differential gate voltage amplification. We study the effect of temperature on the switching ratio and the swing of the PC-TFET, reporting values as low as 4.0 mV/decade at 25 °C, 7.8 mV/decade at 45 °C. We discuss how the unique characteristics of the PC-TFET open new perspectives, beyond FETs and other steep-slope transistors, for low power electronics, analog circuits and neuromorphic computing.

show abstract

Switching mechanism in two-terminal vanadium dioxide devices

Cited by 62 publications

References 28 publications

Temperature and electric field induced metal-insulator transition in atomic layer deposited VO2 thin films

Temperature and electric field induced metal-insulator transition in atomic layer deposited VO2 thin films

Динамика Развития Канала Переключения В Планарных Структурах На Основе Диоксида Ванадия

A Steep-Slope Transistor Combining Phase-Change and Band-to-Band-Tunneling to Achieve a sub-Unity Body Factor

Contact Info

Product

Resources

About