Резистивна поведінка перемикання тонких плівок Si/TiO для застосування електронезалежної пам'яті
Анотація
У цьому дослідженні представлено виготовлення тонких плівок Si/TiO, нанесених у режимі постійного струму за допомогою магнетронного напилення на кремнієві підкладки p-типу, а також досліджено їх температурно-залежні характеристики резистивного перемикання (RS) та низькоомного стану (LRS). Наноструктури були відпалені при 420°C для покращення кристалічності та міжфазного контакту. Електрична характеристика, отримана за допомогою вольт-амперних вимірювань, виявила чітку біполярну поведінку RS без необхідності початкового процесу формування. Пристрої демонстрували стабільні стани високого (HRS) та низького (LRS) опору протягом кількох циклів. Механізм перемикання пояснюється утворенням і розривом провідних ниток, індукованих вакансіями кисню на межі розділу Si/TiO. Значення ширини забороненої зони, отримані з графіків Тауца, становили приблизно 3,24 еВ для TiO та 3,41 еВ для SnO2. Ці результати підтверджують, що нанотонкі плівки Si/TiO є перспективними матеріалами для швидких, енергоефективних і перезаписуваних пристроїв пам'яті наступного покоління.
Завантаження
Посилання
D. Ielmini, “Resistive switching memories based on metal oxides: Mechanisms, reliability and scaling,” Semiconductor Science and Technology, 31(6), 063002 (2016). https://doi.org/10.1088/0268-1242/31/6/063002
B. Cao, H. Liu, T. Li, J. Gong, S. Zhang, and M.T. Dove, “Synthesis of composite films for ZnO-based memristors with superior stability,” Materials Research Express, 11, 056302 (2024). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad4777
P.D. Walke, et al., “Memristive Devices from CuO Nanoparticles,” Nanomaterials, 10(9), 1677 (2020). https://doi.org/10.3390/nano10091677
P.A. Hind, P. Kumar, U.K. Goutam, and B.V. Rajendra, “Impact of deposition temperature on persistent photoconductivity of SnO₂ thin films deposited using spray pyrolysis technique suitable in optoelectronic synaptic devices,” Optical Materials, 146, 115579 (2024). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115579
N.U. Rehman, R. Khan, N. Rahman, I. Ahmad, A. Ullah, M. Sohail, S. Iqbal, et al., “Dual-doped ZnO-based magnetic semiconductor resistive switching response for memristor-based technologies,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 35, 1557 (2024). https://doi.org/10.1007/s10854-024-13318-5
R. Pant, N. Patel, K.K. Nanda, and S.B. Krupanidhi, “Negative differential resistance and resistive switching in SnO₂/ZnO interface,” Journal of Applied Physics, 122(12), (2017). https://doi.org/10.1063/1.5004969
I. Kars, S.Ş. Çetin, B. Kinaci, B. Sarikavak, A. Bengi, H. Altuntaş, M.K. Öztürk, and S. Özçelik, “Influence of thermal annealing onthe structure and optical properties of d.c. magnetron sputteredtitanium dioxide thin films,” Surf Interface Anal. 42, 1247 1251 (2010). https://doi.org/10.1002/sia.3373
S. Saha, et al. “Experimental demonstration of SnO₂ nanofiber-based memristors and their data-driven modeling for nanoelectronic applications,” Chip, 2, 100075 (2023). https://doi.org/10.1016/j.chip.2023.100075
J.X. Murodov, Sh.U. Yuldashev, M.S. Mirkamilova, and U.E. Jurayev, “Tunable Negative Differential Resistance in SnO₂:Co Memristors on p-Si,” East European Journal of Physics, (2), 211-214 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-22
A. Arslanov, Sh. Yuldashev, N. Botirova, R. Nusretov, J. Murodov, and J. Xudoyqulov, “Impact of precursor molar concentration on the structural and optical properties of ZnO thin films synthesized by ultrasonic spray pyrolysis,” Physical Science International Journal, 29(1), 29–35 (2025). https://doi.org/10.9734/psij/2025/v29i1871
P. Chowdhury, H.C. Barshilia, N. Selvakumar, B. Deepthi, K.S. Rajam, A.R. Chaudhuri, and S.B. Krupanidhi, “The structural and electrical properties of TiO2 thin films prepared by thermal oxidation,” Phys. B Condens. Matter. 403, 3718–3723 (2008). https://doi.org/10.1016/j.physb.2008.06.02
D. Regonini, V. Adamaki, C.R. Bowen, S.R. Pennock, J. Taylor, and A.C.E. Dent, “AC electrical properties of TiO2 and Magnéli phases, TinO2n-1,” Solid State Ionics, 229, 38–44 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2012.10.003
Y. Le Page, and P. Strobel, “Structural chemistry of the Magnéli phases TinO2n-1, 4 ≤ n ≤ 9. II. Refinements and structural discussion,” J. Solid State Chem. 44, 273–281 (1982). https://doi.org/10.1016/0022-4596(82)90374-7
L. Liborio, and N. Harrison, “Thermodynamics of oxygen-defective Magnéli phases in rutile: a first-principles study,” Phys. Rev. B, 77, 1–10 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.104104
Y. Abbas, I.S. Han, A.S. Sokolov, Y.R. Jeon, and C. Choi, “Rapid thermal annealing on the atomic layer-deposited zirconia thin filmto enhance resistive switching characteristics,” J. Mater. Sci. Mater. Electron. 31, 903–909 (2020). https://doi.org/10.1007/s10854-019-02598-x
X.Y. Yang, Y.K. Zhu, H. Miura, and T. Sakai, “Static recrystallization behavior of hot-deformed magnesium alloy AZ31 during isothermal annealing,” Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 20, 1269–1274 (2010). https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60289-2
M. Tian, M. Mahjouri-Samani, K. Wang, A.A. Puretzky, D.B. Geohegan, W.D. Tennyson, N. Cross, et al., “Black anatase formation by annealing of amorphous nanoparticles and the role of the Ti2O3 shell in self-organized crystallization by particle attachment,” ACS Appl Mater. Interfaces, 9, 22018–22025 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b02764
Z.N. Jameel, A.J. Haider, and S.Y. Taha, “Synthesis of TiO2 nanoparticles by using sol-gel method and its applications as antibacterial agents,” Eng. Tech. J. 32, 418–426 (2014). https://doi.org/10.30684/etj.32.3B.4
N. Gergel-Hackett, B. Hamadani, B. Dunlap, J. Suehle, S. Member, C. Richter, S. Member, et al., “A flexible solution-processed memristor,” IEEE Electron Device Lett. 30, 706–708 (2009). https://doi.org/10.1109/LED.2009.202141
K.N. Pham, V.D. Hoang, C.V. Tran, and B.T. Phan, “TiO2 thin filmbased transparent flexible resistive switching random access memory,” Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol. 7, (2016). https://doi.org/10.1088/2043-6262/7/1/015017
C. Ye, T. Deng, J. Zhang, L. Shen, P. He, W. Wei, and H. Wang, “Enhanced resistive switching performance for bilayer HfO2/TiO2resistive random access memory,” Semicond. Sci. Technol. 31, 1–7 (2016). https://doi.org/10.1088/0268-1242/31/10/105005
C.H. Huang, T.S. Chou, J.S. Huang, S.M. Lin, and Y.L. Chueh, “Self-selecting resistive switching scheme using TiO2 nanorod arrays,” Sci. Rep. 7, 1–9 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-01354-7
Авторське право (c) 2026 Мурадулла Т. Нормуродов, Оділ Очілов, Озодбек Ю. Юлдашев, Зарнігор А. Каршієва, Нурбек У. Тошбоєв
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
