HfON-Based Optoelectronic Memristor for Synaptic Computing

记忆电阻器 X射线光电子能谱 材料科学 光电导性 光电子学 物理 电气工程 核磁共振 工程类
作者
Jun-Teng Huang,Aftab Saleem,Young Peng Poh,Tseung–Yuen Tseng
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (1): 536-541 被引量:6
标识
DOI:10.1109/ted.2023.3336628
摘要

In this study, we investigate resistive switching, positive photoconductivity, and synaptic properties of a transparent bilayer memristor. An optically transparent (~90%) memristor is fabricated using optimized thicknesses for HfON and TiOx layers. By introduction of oxygen and nitrogen gas mixture, HfON is fabricated by reactive sputtering, which is identified using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) depth spectra. Such memristor exhibits stable low-resistance state (LRS) and high-resistance state (HRS) of over $10^{{4}}$ cycles at 0.1 V. By changing compliance current and reset stop voltage, multilevel cell (MLC) characteristic is achieved. The nonlinearity values for potentiation and depression of the memristor are 2.38 and 0.97, respectively. The conduction mechanism for the memristor is explained using band diagrams. Under the illumination of blue light, the memristor displays positive photoconductivity. Multiple resistive states are achieved by changing illumination time intervals and intensities. For synaptic behaviors, the learning and forgetting behaviors of human brain are mimicked using the optical pulse of 10 and 20 s as spikes. Paired pulse facilitation (PPF) is calculated using electrical and optical pulses to demonstrate that this memristor would be a promising candidate for optoelectronic synaptic systems.
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