Conductance Quantization in Cu/Ta2O5/Pt Resistive Random Access Memory Devices
- 1. Raja Ramanna Centre for Advanced Technology
- 2. University of South Florida
- 3. Homi Bhabha National Institute
Description
In this work we investigate the conductance quantization (QC or CQ) phenomenon in the Cu/Ta2O5/Pt resistive random access memory (RRAM) devices. The Ta2O5 film was deposited on Pt-Si substrate using RF magnetron sputtering, followed by patterning of Cu top electrodes. The devices demonstrate robust bipolar resistive switching behavior, with low set and reset voltages (< 1V), and high resistance contrast (~103 ), owing to the electrochemical metallization mechanism. Quantized conduction was observed during the reset operation with well-defined conduction steps. Conductance (G) histograms revealed Gaussian distribution of G/G0 around the integral and half-integral values, where G0 is the fundamental unit of conductance (77.6 μS). The maximum conductance state observed was 310G0. Moreover, the currentvoltage curves of QC reset cycles clearly revealed that multiple conduction states appear at the same current value which opens potential avenues for developing multi-state memory devices based on QC states. The findings in this work contribute to the understanding of quantized conduction in RRAM devices for non-conventional computing applications such as in-memory and neuromorphic computation.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
في هذا العمل، نقوم بالتحقيق في ظاهرة تكميم الموصلية (QC أو CQ) في أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة للنحاس/Ta2O5/Pt (RRAM). تم ترسيب فيلم Ta2O5 على ركيزة Pt - Si باستخدام رذاذ مغنطرون التردد اللاسلكي، يليه نقش الأقطاب الكهربائية العلوية للنحاس. تُظهر الأجهزة سلوك تبديل مقاوم ثنائي القطب قوي، مع فولتية ضبط وإعادة ضبط منخفضة (< 1V)، وتباين عالي المقاومة (~103 )، بسبب آلية المعادن الكهروكيميائية. لوحظ التوصيل الكمي أثناء عملية إعادة الضبط بخطوات توصيل محددة جيدًا. كشفت المخططات التكرارية للموصلية (G) عن التوزيع الغاوسي لـ G/G0 حول القيم المتكاملة ونصف المتكاملة، حيث G0 هي الوحدة الأساسية للموصلية (77.6 ميكرو ثانية). كانت حالة التوصيل القصوى التي لوحظت هي 310G0. علاوة على ذلك، كشفت منحنيات الجهد الحالي لدورات إعادة ضبط مراقبة الجودة بوضوح أن حالات التوصيل المتعددة تظهر بنفس القيمة الحالية مما يفتح السبل المحتملة لتطوير أجهزة ذاكرة متعددة الحالات بناءً على حالات مراقبة الجودة. تساهم النتائج في هذا العمل في فهم التوصيل الكمي في أجهزة RRAM لتطبيقات الحوسبة غير التقليدية مثل الحساب في الذاكرة والحساب العصبي.
Translated Description (French)
Dans ce travail, nous étudions le phénomène de quantification de conductance (QC ou CQ) dans les dispositifs de mémoire vive résistive (RRAM) Cu/Ta2O5/Pt. Le film Ta2O5 a été déposé sur le substrat Pt-Si par pulvérisation cathodique magnétron RF, suivie de la structuration des électrodes supérieures en Cu. Les dispositifs présentent un comportement de commutation résistif bipolaire robuste, avec de faibles tensions de réglage et de réinitialisation (< 1V) et un contraste de résistance élevé (~103 ), en raison du mécanisme de métallisation électrochimique. Une conduction quantifiée a été observée lors de l'opération de réinitialisation avec des étapes de conduction bien définies. Les histogrammes de conductance (G) ont révélé une distribution gaussienne de G/G0 autour des valeurs intégrales et demi-intégrales, où G0 est l'unité fondamentale de conductance (77,6 μS). L'état de conductance maximale observé était 310G0. De plus, les courbes courant-tension des cycles de réinitialisation du CQ ont clairement révélé que plusieurs états de conduction apparaissent à la même valeur de courant, ce qui ouvre des avenues potentielles pour le développement de dispositifs de mémoire multi-états basés sur les états du CQ. Les résultats de ce travail contribuent à la compréhension de la conduction quantifiée dans les dispositifs RRAM pour des applications informatiques non conventionnelles telles que le calcul en mémoire et le calcul neuromorphique.
Translated Description (Spanish)
En este trabajo investigamos el fenómeno de cuantificación de conductancia (QC o CQ) en los dispositivos de memoria resistiva de acceso aleatorio (RRAM) Cu/Ta2O5/Pt. La película de Ta2O5 se depositó sobre el sustrato de Pt-Si utilizando pulverización catódica de magnetrón de RF, seguido de la formación de patrones de electrodos superiores de Cu. Los dispositivos demuestran un robusto comportamiento de conmutación resistiva bipolar, con bajos voltajes de ajuste y restablecimiento (< 1V) y alto contraste de resistencia (~103 ), debido al mecanismo de metalización electroquímica. Se observó conducción cuantificada durante la operación de reinicio con pasos de conducción bien definidos. Los histogramas de conductancia (G) revelaron una distribución gaussiana de G/G0 alrededor de los valores integrales y semiintegrales, donde G0 es la unidad fundamental de conductancia (77,6 μS). El estado máximo de conductancia observado fue 310G0. Además, las curvas de corriente-tensión de los ciclos de restablecimiento de QC revelaron claramente que aparecen múltiples estados de conducción en el mismo valor de corriente, lo que abre posibles vías para desarrollar dispositivos de memoria de múltiples estados basados en estados de QC. Los hallazgos de este trabajo contribuyen a la comprensión de la conducción cuantificada en dispositivos RRAM para aplicaciones informáticas no convencionales, como el cálculo en memoria y neuromórfico.
Files
42375840.pdf.pdf
Files
(164.4 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b920207a91de9d5ac58b25535dc77094
|
164.4 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تكميم الموصلية في أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة للنحاس/Ta2O5/Pt
- Translated title (French)
- Quantification de conductance dans les dispositifs à mémoire vive résistive Cu/Ta2O5/Pt
- Translated title (Spanish)
- Cuantificación de conductancia en dispositivos de memoria de acceso aleatorio resistivos Cu/Ta2O5/Pt
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386917806
- DOI
- 10.36227/techrxiv.24153294.v1
References
- https://openalex.org/W1891230255
- https://openalex.org/W2082015858
- https://openalex.org/W2618007567
- https://openalex.org/W2974811846
- https://openalex.org/W4296478920