بخشی از مقاله
چکیده
ادامه پیشرفت در محاسبات با سرعت بالا بستگی به پیشرفت در هر دو ترکیب مواد و معماری دستگاه دارد . می توان عملکرد منطقی و حافظه را به طور قابل توجهی با معرفی یک ممریستور - مقاومت حافظه دار - که یک دستگاه دو ترمیناله با مقاومت داخلی که بستگی به ولتاژ بایاس خارجی دارد مشخص کرد . حالتی از ساخت ممریستور ، بر اساس فلز - عایق- فلز metal-insulator-metal - MIM - سازه هایی با اکسید عایق مانند TiO2 است .
در اینجا ، گزارش یک نوع ممریستور جدید بر اساس مرز دانه در دستگاه های تک لایه MoS2 را میدهد . به طور خاص، مقاومت مرز دانه در حال پیدایش از اتصال ها می تواند به راحتی و مکررا با نسبت سوئیچنگ بالا تقریبا 103 و مقاومت دیفرانسیل منفی پویا مدوله شود . در این کار ، ممریستور از فیلم های MoS2 تک لایه و رشد بر روی بسترهای اکسید سیلیسیم SiO2 - و 300 نانومتر - توسط رسوب شیمیایی بخار chemical vapor deposition - CVD - گوگردزدایی از فیلم MoO3 ساخته شد .
. 1 مقدمه :
ممریستور - مخفف - memory resistor یک عنصرالکتریکی مقاومتی که مقاومت آن بستگی به سیگنالهای الکتریکی که به آن اعمال شده است دارد . برای ساخت یک ممریستور توسط بکار بردن نقص های ساختاری در کریستال از یک تک لایه میتوان استفاده کرد . دو الکترود طلا در MoS2 کانال ممریستور را تعریف میکنند و الکترود گیت اضافی - SI - مورد استفاده برای کنترل ولتاژ SET میباشد . [1] بهترین وسیله قابل اجرا ، مرز دانهها هستند - شکل 1 قسمت - a که تنها به یکی از دو الکترود متصل هستند و چنین دستگاه هایی را متقاطع- GB ممریستور می گویند.
فرم الکتریکی متقاطع- GB ممریستور ، حالت مقاومت بالا - HRS - در V = 0 V نشان میدهد. که به حالت مقاومت کم - LRS - در بایاس بالا تغییر میکند ، که پیرو یک افزایش ناگهانی در جریان با گام است - شکل 1 قسمت . - b لبه جریان توسط یک مقاومت پویا دیفرانسیلی منفی - NDR - که معمولا در سیستم های ممریستور مشاهده میشود ، پیروی میشود . این NDR پویا بستگی به نرخ جاروب و در نتیجه متفاوت از NDR ایستا مشاهده شده در دستگاه های تشدید میباشد .
شرح داده شده در قسمت های A و D در - شکل 1 قسمت C I ~ Vm - V < 8.5 V - - ، که در آن m افزایش یکنواخت بایاس است . این نوع از وابستگی خصوصیاتی از جریان محدوده بار فضا است که در اکسید ممریستور و همچنین در ترانزیستورها MoS2 تک لایه مشاهده شده است . [3] دستگاه در حالت LRS تا کاهش ولتاژ به صفر باقی میماند . نسبت مقاومت RHRS/RLRS در دو حالت پایدار در بایاس صفر ~ 103 است.
در جاروب بایاس منفی ، دستگاه در حالت LRS شروع بکار میکند و پس از آن به حالت HRS تغییر وضعیت میکند . نمودار هیسترزیس جریان - ولتاژ با I = 0 و V = 0 وجود یک عنصر ممریستور در داخل دستگاه را نشان میدهد . [3,4] اتصال- GB ممریستور شامل مرز دانه موازی کانال واتصال با دو الکترود است - شکل 1 قسمت . - C پس از فرم الکتریکی ، اتصال- GB نمودار جریان - ولتاژ ممریستور افزایش بسیار سریع جریان را نشان میدهد - G > 1 MS، شکل 1 قسمت D ، - E و پیرو آن یک NDR بزرگ است که در تقاطع- GB ممریستور مشاهده میشود - شکل 1 قسمت - B .در مقابل تقاطع-GB ممریستور، اتصال- GB ممریستورها توانایی حالتی از مقاومتهای مختلف درV =0 V نمیتوانند نشان دهند . [4]
علاوه بر این ، نسبت جریان مدوله شده ولتاژ گیت - VG - کاهش چشمگیری از 5×104 a به حالت پیشین 2 a که شکل گیری بسیاری رشته بین دو الکترود را نشان میدهد . در مقابل ، ممریستور دو نیم- GB جهت مرز دانه عمود بر کانال است که نمیتواند با هر کدام از الکترودها تماس برقرار کند و دارای مقاومت سوئیچ دو قطبی است - شکل 1 قسمت . - F در طول فرایند set ، جدا شدن ناخالصی از ناحیه مرز دانه به ناحیه تهی افزایش رسانایی را به همراه دارد و دستگاه - ON - میشود.
تحریک ناخالصی از الکترود تخلیه و به سمت ناحیه مرز دانه در طول فرایند RESET رانده می شود و دستگاه OFF میشود. پس از جاروبهای متعدد در بایاس های بالا 40V - - ، مرز دانه دو بخش تا 3µm به بالا جابجا میشوند . حرکت مشابه قابل توجهی از نقص های توسعه یافته در مواد دوبعدی در میکروسکوپ الکترونی در مقیاس اتمی - TEM - تصاویر جابجایی موقعیت رشد CVD تک لایه WS2 مشاهده میشود . [4,5]
میکروسکوپ با نیروی الکترواستاتیک - EFM - و فوتولومینسانس فضایی - PL - در طیف سنجی برای روشن کردن مکانیسم در دستگاه های موجود استفاده می شود - شکل [5] . - 3 تغییر ناگهانی فاز کنسول در تصاویر EFM - شکل 3 قسمتهای - E,D در میان مرز دانه دو بخش ، پتانسیل الکترواستاتیک در مرز دانه را نشان میدهد - به عنوان مثال، مرز دانه مقاومتی است - . با این حال، جای خالی گوگرد در MoS2 نشان داده و در نزدیکی مرز دانه انباشته شده است ، و هر دو ناحیه وسط از جای خالی گوگرد و الکترون درناحیه MoS2 نزدیک مرز دانه با رسانایی بیشتر اهدا شده است.
بنابراین ما انتظار داریم که مقاومت از دستگاه ها با مرز دانه به میزان غلظت جای خالی گوگرد می تواند در ناحیه مجاور توسط جابجایی جای خالی مدوله شود . که آن را زیر یک میدان الکتریکی موازی با تقاطع- GB اعمال میکنیم که ترویج جابجایی از جای خالی مابین مرز دانه و ناحیه تخلیه خواهد بود . شواهد نقش کلیدی از جای خالی گوگرد توسط پدیده ممریستور تنها در دستگاه های مشاهده شده است که عمدا رشد به تولید جای خالی گوگرد با توجه به روش که ما به تازگی ارائه نموده ایم.[6,7]
PL و رامان طیف سنجی نقشه ای از دستگاهها از غلظت های بالای جای خالی گوگرد در نزدیکی مرز دانه ارائه کرده است - شکل 3 قسمت - F,G اول، انتشار PL است که در نزدیکی مرز دانه در پل- GB و متقاطع- GB ممریستور افزایش یافته - شکل 3 قسمت - Fو ارتباط با جای خالی گوگردها میباشد . علاوه بر این، PL آبی متغیر و رامان آبی متغیر سازگار با شیمیایی O2 در جای خالی گوگرد می باشد . جای خالی گوگرد داوطلب خوبی برای گونه های متحرک آنیونی در داخل MoS2 هستند .
محرک کاتیونهای MO به دلیل عدم وجود یک محیط الکترولیتی متوسط و یا یک فلز فعال الکتروشیمیایی بعید است که به هم مرتبط باشند . مکانیسم جابجایی ارائه شده از آنیونهای محرک برای ویژگیهای سوئیچینگ در پل- GB و دو نیم- GB ممریستور میتواند استفاده شود . در پل- GB ممریستور ، آنیونها در نزدیکی مرز دانه در طول فرآیند الکتریکی باعث افزایش هدایت از مرز مشابه تا جابجایی جای خالی در اکسیدZnO2 ، TiO2و TaOx ممریستور میشوند.
[8] سوئیچینگ در شکل 1 قسمت E حاصل از یک فرایند دو مرحلهای است : اول ، ناحیهای نزدیک به مرز دانه با هدایت بالا در بایاس با شدت بالا که ناشی از انتقال در میان فعل و انفعالات نقص در چگالی بالا است . دوم ، گرمایش ژول منجر به پارگی رشته القای NDR مشابه سوئیچینگ آستانه میشود . بنابراین، سوئیچینگ بیدوام و ناحیه NDR نتیجه ای از کاهش عرضی ناحیه نقص از طریق رانش جانبی آنیونها است . عدم دو حالت پایدار در V = 0 V در اتصال- GB ممریستور به تکمیل کننده سوئیچ مقاومتی در ممریستورها TaOxوابسته است . در مقابل ، پیک عریض جریان ، ویژگی های NDR و ویژگی های جریان - ولتاژ نامتقارن از دو نیم- GB ممریستورها ، یادآوری از سوئیچ های نرم در ممریستورها GaOx غیر رشته ای و ممریستورها SrZrO3، Cr-doped میباشد.
