Beyond-CMOS- und HF–Bauelemente, integrierte Schaltungen und Technologien

Nichtflüchtig rekonfigurierbare Widerstandsschalter

© Fraunhofer ENAS
Rastermikrowellenaufnahme der Oberfläche eines BiFeO3-Films in einem BiFeO3-Widerstandsschalter mit Bit-Line (T1) und Word-Line (T2) und eine schematische Darstellung der möglichen Anwendungsfelder von nichtflüchtigen, rekonfigurierbaren Widerstandsschaltern.

Die Entwicklung von memristiven, oxidischen Schaltern hat auch das Interesse am feldverstärkten Hopping-Transport von Sauerstoff-Vakanzen geweckt, da memristive oxidische Schalter eine ultra-nichtlineare Schaltcharakteristik aufweisen. Eine optimierte Arbeitsweise erfordert ein Widerstandsschalten (SET und RESET) innerhalb von wenigen Nanosekunden nach Anlegen einer Schreibspannung und bis zu 10 Jahre stabile ON- und OFF-Widerstandszustände. Das nichtlineare Ionendrift-Modell von Mott-Gurney und ein quasistatisches Testprotokoll wurde angewendet, um den Einfluss eines elektrischen Feldes auf die nichtlineare Ionentransportrate in memristiven Au/BiFeO3-(BFO)/Pt/Ti-Widerstandsschaltern zu untersuchen. Memristives Bismut-Eisenoxid (BFO) zeigt exzellentes bipolares Widerstandsschalten mit Langzeit-Retention und stabiler Endurance bis zu 85 °C. Darüber hinaus ist das Widerstandsschalten in BFO ein elektroformierungsfreies Grenzflächenschalten ohne Joule-Heating und die gemessene Erhöhung der Ionentransportrate kann eindeutig auf einen feldverstärkten Hopping-Transport zurückgeführt werden.