Hybrid memory characteristics of NbOx threshold switching devices

材料科学 电极 无定形固体 氧气 光电子学 非易失性存储器 堆栈(抽象数据类型) 导电体 化学 计算机科学 复合材料 冶金 物理化学 有机化学 程序设计语言
作者
Sangmin Lee,Hyunsang Hwang,Jiyong Woo
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:119 (9) 被引量:7
标识
DOI:10.1063/5.0061435
摘要

By exploiting NbOx, we demonstrate its hybrid memory characteristics, indicating that resistive switching is unified with selector behavior. First, we identify that the 50-nm-thick amorphous NbOx inherently shows volatile threshold switching (TS). To enable memory switching (MS) in NbOx, device environments are configured that can supply oxygen vacancies or cations constituting a conductive filament (CF). In the Al/NbOx/TiN stack, oxygen vacancies can be internally generated from an interfacial oxide layer formed by the chemical reaction between a highly reactive Al electrode and NbOx, which is confirmed via multiple physical analyses. When the effect of the extrinsic vacancies becomes comparable to the intrinsic properties of the NbOx, the hybrid memory characteristics are observed. While the TS prevents leakage current, the MS is driven by oxygen vacancy CF, allowing multilevel cell operation. Furthermore, hybrid switching can be obtained using the Cu/NbOx/TiN stack. However, the effect of a Cu CF is dominant, because the Cu electrode can externally provide ions infinitely in this case; therefore, hybrid memory behavior is achieved after MS is performed.
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