Mg-індуковане посилення мемристивного перемикання в тонких плівках SnO₂
Анотація
Тонкі плівки оксиду олова (SnO₂:Mg), легованого магнієм, привернули значну увагу як перспективні матеріали для енергонезалежних пристроїв пам'яті наступного покоління завдяки своїй стабільній резистивній поведінці перемикання та простим процесам виготовлення. У цій роботі тонкі плівки SnO₂ були виготовлені методом ультразвукового розпилювального піролізу з використанням розчину-попередника, що містить 20 мол.% Mg, та систематично досліджені для оцінки їхніх характеристик мемристивного перемикання, електричних характеристик та поведінки провідності. Структурний аналіз підтвердив утворення однорідних полікристалічних тонких плівок з розміром кристалітів приблизно 30 нм, тоді як енергодисперсійна рентгенівська спектроскопія (EDS) виявила фактичний вміст Mg приблизно 5 ат.%, що вказує на часткове включення Mg у решітку SnO₂. Електричні вимірювання продемонстрували відтворюване біполярне резистивне перемикання зі співвідношенням опору вмикання/вимикання приблизно 10³ та стабільну поведінку перемикання протягом кількох циклів з низькими змінами напруги (±5%) порівняно з раніше зареєстрованими нелегованими плівками SnO₂. Спостережуване покращення мемристивної продуктивності пояснюється модифікаціями дефектних станів та шляхів переносу заряду, індукованими Mg, в оксидній матриці. Аналіз провідності вказує на перехід від омічної поведінки при низькому зміщенні до провідності, обмеженої просторовим зарядом (SCLC), при вищих напругах, що узгоджується з квадратичною залежністю струм-ампера (I ∝ V²). Ці результати демонструють, що впровадження Mg є ефективною стратегією дефектної інженерії для налаштування електричних властивостей тонких плівок SnO₂ та покращення їхньої придатності для надійних мемристорів та енергонезалежної пам'яті. Цей підхід забезпечує простий та масштабований шлях для розробки мемристивних пристроїв на основі оксиду.
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, A.H.S. Rana, Sh.U. Yuldashev, V.K. Magotra, D.J. Lee, Sh. Abdullaev, T.W. Kang, and H.C. Jeon, “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
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
O. Ochilov, H. Turkmenov, G. Kulmatova, K. Malikov, and O. Yuldashev, “Magneto-optics of a three-layer medium,” AIP Conf. Proc. 3304, 020005 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0269344
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
S. Saha, M.C.K. Reddy, T.S. Nikhil, K. Burugupally, S. DebRoy, A. Salimath, and V. Mattela, “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
J.X. Murodov, Sh.U. Yuldashev, A.O. Arslanov, N.U. Botirova, J.Sh. Xudoyqulov, R.Sh. Sharipova, R.A. Nusretov, et al., “Resistive switching behavior of SnO₂/ZnO heterojunction thin films for non-volatile memory applications,” East Eur. J. Phys. (3), 348–352 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-34
J.X. Murodov, Sh.U. Yuldashev, A.O. Arslanov, N.U. Botirova, R.Sh. Sharipova, J.Sh. Xudoykulov, “NDR in Co:SnO₂ memristors: Nanocluster control for enhanced performance,” Crystal Growth & Design, 26(1), 317–321 (2026). https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5c01258
J.X. Murodov, Sh.U. Yuldashev, A.O. Arslanov, N.U. Botirova, J.Sh. Xudoyqulov, I.Kh. Khudaykulov, M.S. Mirkamilova, et al., “Memristive switching behavior of sol–gel derived Ga₂O₃ thin films,” East Eur. J. Phys. (4), 415 419 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-40
M.A. Dar, N.A. Mala, M.Y. Bhat, S.R. Ahamed, A.A. Rather, K.M. Batoo, G.N. Dar, “Enhanced supercapacitor performance of Mg-doped SnO₂ nanorods synthesized through the solvothermal method,” Bull. Mater. Sci. 46, 69 (2023). https://doi.org/10.1007/s12034-023-02893-8
N. Mazumder, A. Bharati, S. Saha, D. Sen, and K.K. Chattopadhyay, “Effect of Mg doping on the electrical properties of SnO₂ nanoparticles,” Curr. Appl. Phys. 12, 975–982 (2012). https://doi.org/10.1016/j.cap.2011.12.022
G. Velmurugan, R. Ganapathi Raman, P. Sivaprakash, A. Viji, S.H. Cho, and I. Kim, “Functionalization of fluorine on the surface of SnO₂–Mg nanocomposite as an efficient photocatalyst for toxic dye degradation,” Nanomaterials 13, 2494 (2023). https://doi.org/10.3390/nano13172494
Авторське право (c) 2026 Джамолдін Х. Муродов, Шавкат У. Юлдашев, Азамат О. Арсланов, Нойба У. Ботірова, Джавохір Ш. Худойкулов, Маргуба С. Міркамілова, Інобат К. Кодірова, Оділбой Х. Хімматкулов
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).
