Транспорт заряда в бесформовочных мемристорах на основе оксида и нитрида кремния тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Гисматулин Андрей Андреевич

• Гисматулин Андрей Андреевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Гисматулин Андрей Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Мемристор

1.2 Мемристоры на основе SiOx и

1.3 Механизмы транспорта заряда в мемристорах на основе SiOx и SiNx

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Глава 2. Методика экспериментов

2.1 Плазмохимический метод получения пленок

2.2 Изготовление мемристоров на основе оксида и нитрида кремния

2.3 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

2.4 Определение максимального количества циклов переключений и хранение заряда в мемристорах

2.5 Основные механизмы транспорта заряда в диэлектрике

2.5.1 Метод наименьших абсолютных отклонений

2.5.1 Контактноограниченные механизмы инжекции электронов и дырок

2.5.2 Объемноограниченные механизмы проводимости по ловушкам

Глава 3. Транспорт заряда и запоминающие свойства мемристора на основе нестехиометрического БЮх

3.1. Оптимизация режимов синтеза SiOx с точки зрения улучшения запоминающих свойств мемристора

3.2. Механизм транспорта заряда в мемристоре на основе нестехиометрического БЮх полученного плазмохимическим осаждением

Основные результаты и выводы главы

Глава 4. Транспорт заряда в мемристоре на основе плазмохимического нестехиометрического и в металл-нитрид-оксид-полупроводник мемристоре, в котором нитрид получен пиролизом

4.1 Механизм транспорта в мемристоре на основе нестехиометрического полученного плазмохимическим осаждением

4.2 Механизм транспорта заряда в мемристоре металл-пиролитичекий нитрид-оксид-полупроводик

Основные результаты и выводы главы

Заключение

Благодарности

Список сокращений и условных обозначений

Список публикаций и представлений

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Оксид кремния SiO2 и нитрид кремния Si3N4 являются ключевыми диэлектриками в кремниевых приборах [1]. Оксид кремния имеет низкую плотность поверхностных состояний на границе с кремнием и низкую концентрацию ловушек в объеме диэлектрика. Нитрид кремния, напротив, имеет высокую концентрацию электронных и дырочных ловушек [2]. Нитрид кремния способен локализовать инжектируемые в него электроны и дырки на ловушках. Это позволяет использовать нитрид кремния в качестве активной среды в флэш-памяти TaN-AhO3-Si3N4-Si (TANOS) [3; 4; 5]. В настоящее время в приборах с длиной канала менее 45 нм в качестве подзатворного изолятора используются диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью. Однако между диэлектриком с высокой диэлектрической проницаемостью и подложкой нестехиометрический оксид кремния (SiOx) толщиной 0,5-0,7 нм используется для обеспечения качественного интерфейса. Ширина запрещенной зоны аморфного SiOx в зависимости от параметра x изменяется в диапазоне от Eg = 1,6 эВ в аморфном кремнии [6] до 8,0 эВ в аморфном SiO2 [7]. Аморфный SiOx, содержащий нанокластеры кремния, используется в качестве носителя информации в устройствах флэш-памяти [8]. Нитрид кремния, так же, широко используется в кремниевой технологии. Физические свойства нестехиометрического нитрида кремния варьируются в широких пределах с изменением химического состава. Ширина запрещенной зоны SiNx изменяется в диапазоне от 1,6 эВ (аморфный Si [6]) до 4,5 эВ (аморфный Si3N4 [9]).

В настоящее время, с одной стороны, интенсивно развивается энергонезависимая флэш память на основе мемристоров. С другой стороны, мемристор имитирует свойства синапса мозга, что открывает перспективы для создания нейроморфных электронных устройств на основе мемристоров [10]. На основе мемристоров разрабатывается резистивная память с произвольным доступом (РППД, Resistive Random Access Memory (ReRAM) в англоязычной литературе). По сравнению с флэш-памятью, которая в настоящее время доминирует на рынке, РППД имеет высокую скорость работы (~ 100 пс), низкое энергопотребление (10 фДж) и большое количество циклов стирания/записи (до 1012 циклов). РППД, также, имеет большую емкость памяти, простую

архитектуру ячеек, низкую стоимость, возможность хранения нескольких битов в одной ячейке, высокую радиационную стойкость, возможность трехмерной интеграции и совместимость с кремниевой технологией [11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20]. Состояния с высоким и низким сопротивлением в РППД могут сохраняться без потребления энергии в течение 10 лет при 85оС [21].

Основным рабочим элементом РППД является мемристор. Принцип работы мемристора основан на переключении диэлектрической активной среды между логическими состояниями с высоким и низким сопротивлением. Одной из ключевых нерешенных проблем в мемристоре является процесс формовки. Процесс формовки (приложение импульса повышенной амплитуды по сравнению с рабочим напряжением переключения) предшествует переключению мемристора из состояния с высоким сопротивлением в состояние с низким сопротивлением и обратно. Например, амплитуда переключения мемристора на основе TaOx толщиной 10 нм составляет 1,2 В, а процесс формовки требует 6 В [22]. Напряженность электрического поля в процессе формовки составляет 6х106 В/см, что близко к пробивному полю диэлектрика. Необходимость процесса формовки существенно снижает надежность устройств РППД.

Отсутствие процесса формовки существенно повышает надежность РППД. Дело в том, что процесс формовки имеет стохастический характер, и он может происходить при разных напряжениях от ячейки к ячейке, а величина напряжения формовки может значительно превышать амплитуду напряжения переключения мемристора. Это обстоятельство создает определенные трудности для потенциального коммерческого использования памяти РППД. Известно, что напряжение формовки можно значительно снизить, уменьшив толщину оксидного слоя [23]. Другим способом решения этой проблемы является принудительное введение дефектов (например, избыточной концентрации кислородных вакансий в оксидный слой во время изготовления структуры), которые играют ключевую роль в процессах формовки и резистивного переключения. Это достигается несколькими способами: введением активной металлической примеси (например, Al) [24] в оксидный слой, добавлением нестехиометрического оксидного слоя к

стехиометрическому слою [25; 26] и нанесением тонкого слоя с химически активным металлом на стехиометрический оксидный слой [27].

В процессе формовки происходит резкое изменение сопротивления мемристора. Известно, что сопротивление оксида уменьшается с обеднением кислородом (увеличение концентрации кислородных вакансий). Во время процесса формовки сопротивление диэлектрика уменьшается на несколько порядков так же, как это происходит, когда нестехиометрический диэлектрик обедняется кислородом [28]. В [29; 30] сообщается о бесформовочных мемристорах на основе нестехиометрического диэлектрика с высоким содержанием кислородных вакансий.

Мемристоры могут быть получены на основе различных материалов. Эффект мемристора наблюдается в широком классе диэлектриков, таких как ТЮХ [13; 31; 32; 33; 34; 35; 36; 37; 38; 39], КЮх [31; 32; 40; 41; 42], TaOx [32; 43; 44; 45], CuOx [31; 46], HfOx [23; 32; 47; 48], БЮх [49; 50; 51], перовскит SrTiOз [52; 53; 54] и др. [31; 33]. В настоящее время установлена важная роль кислородных вакансий при переключении мемристора [55]. Токи утечки мемристора в состояниях высокого и низкого сопротивления задают мощность, необходимую для переключения мемристора. Потребляемая мощность должна быть минимальной, особенно в устройствах для мобильных приложений. Ток утечки определяется механизмом переноса заряда в мемристоре. Поэтому изучение механизма переноса заряда в мемристоре является актуальной и важной задачей.

Преимущество оксида кремния и нитрида кремния перед другими материалами мемристора заключается в их совместимости с кремниевой технологией. В работе [56] для мемристора на основе БЮх была достигнута малая потребляемая мощность. Механизм транспорта заряда в работе [56] объясняется прыжковой проводимостью. В работе [57] было показано, что столбчатая микроструктура в мемристоре на основе SiOx играет важную роль. Мемристор на основе SiOx со столбчатой структурой обладает большим количеством циклов стирания/записи (до 107 циклов). Однако такой мемристор требует процесса формовки [58]. Была продемонстрирована высокая устойчивость мемристора SiOx к ионизирующему излучению, что очень важно для атомной энергетики, космических и специальных применений [59].

Механизмы транспорта заряда в мемристорах на основе SiOx изучались в работах [28; 50; 56; 60; 61; 62; 63]. В работах [28; 60; 61] для объяснения проводимости в высокоомном состоянии была использована модель прыжковой проводимости. Механизмы термически облегченного туннелирования и Фаулера-Нордгейма использовались для объяснения переноса заряда в мемристоре на основе SiOx для низкоомного состояния и высокоомнго состояния [50]. В этой статье было установлено, что диаметр проводящего канала в SiOx составляет 10 нм или меньше. Было показано, что мемристор на основе SiOx переключается без процесса формовки при температуре жидкого азота [64]. Несмотря на многочисленные исследования, механизм транспорта заряда мемристора на основе SiOx однозначно не установлен [19; 28; 50; 56; 57; 58; 60; 63; 64; 65; 66].

Механизмы транспорта заряда и свойства мемристора на основе нитрида кремния [67] зависят от технологии получения. Транспорт заряда в нитриде кремния описывается многофононным механизмом ионизации изолированной ловушки с энергией Жт = 1,6 эВ [2; 68]. Транспорт заряда в мемристоре на основе нитрида кремния в состоянии с низким сопротивлением интерпретировался в терминах модели эффекта Шоттки [69; 70] и модели Френкеля [69; 71]. Фонон-облегченное туннелирование между ловушками использовалось для объяснения транспорта заряда в работе [72]. В работах [73; 74] транспорт заряда мемристора интерпретируется на основе модели токов, ограниченных пространственным зарядом.

Преимущество оксида кремния SiOx и нитрида кремния SiNx, в качестве активной среды мемристора, перед другими материалами, заключается в совместимости их технологии с кремниевой. Несмотря на многочисленные исследования мемристоры на основе SiOx и SiNx до сих пор требуют процедуры формовки. Механизмы транспорта заряда в мемристорах на основе SiOx и так же до сих пор, однозначно, не установлены. Механизм транспорта заряда в мемристоре зависит от технологии получения слоев активной среды и материалов контактов. Однозначно установленный механизм транспорта во всех состояниях бесформовочного мемристора позволит прогнозировать запоминающие свойства мемристоров, полученных по конкретной технологии.

Цель диссертационной работы заключается в разработке бесформовочных мемристоров на основе

SiOx и SiNx и установление механизмов транспорта заряда в них.

Основные задачи работы:

1. Установление механизмов транспорта в плазмохимических пленках SiO x состава в диапазоне от x =0.3 до x =1.8, используемых в качестве активной среды мемристора. Определение энергии ионизации и концентрации ловушек в плазмохимических пленках SiOx разного состава.

2. Разработка бесформовочных мемристоров на основе SiOx и SiNx.

3. Развитие теоретических моделей для описания экспериментальных данных по транспорту заряда в мемристорах с учетом наличия проводящих каналов.

4. Установление оптимального состава плазмохимического SiOx по величине окна памяти, времени хранения информации и числу циклов перепрограммирования бесформовочного мемристора.

5. Установление механизма транспорта заряда в бесформовочном мемристоре на основе плазмохимического SiOx оптимального состава. Определение энергии ионизации и концентрации ловушек в низкоомном и высокоомном состояниях этого мемристора.

6. Определение механизма транспорта заряда в бесформовочном мемристоре на основе плазмохимического SiNx. Установление величин энергии ионизации и концентрации ловушек в низкоомном и высокоомном состояниях мемристора.

7. Введение туннельного оксида кремния в мемристоре на основе пиролитического нитрида кремния для улучшения окна памяти и напряжений переключений.

8. Установление механизма транспорта заряда в бесформовочном мемристоре на основе пиролитического нитрида кремния. Определение энергии ионизации и концентрации ловушек в низкоомном и высокоомном состояниях мемристора.

Научная новизна работы

В ходе выполнения диссертационной работы впервые:

1. Установлено, что на стадии синтеза на основе плазмохимического осаждения слоев SiOx и

формируются проводящие каналы, исходное сопротивление которых ниже низкоомного сопротивления мемристора. Мемристоры на основе таких слоев не требуют процедуры формовки.

2. Определено, что в плазмохимических пленках 810 x разного состава транспорт заряда количественно описывается моделью тока, ограниченного пространственным зарядом в режиме заполненных ловушек. Определены величины энергии ионизации ловушек. Оценены изменения концентрации ловушек и относительной диэлектрической проницаемость в зависимости от состава пленок плазмохимического Si0x.

3. Показано, что мемристор на основе плазмохимического Si0x ^=1.1) обладает наилучшей величиной окна памяти, длительным хранением информации и максимальным числом циклов переключений по сравнению с мемристорами на основе плазмохимического Si0x других составов.

4. Установлено, что механизм транспорт заряда в мемристорах на основе плазмохимических Si0x и SiNx описывается моделью тока, ограниченного пространственным зарядом. Определены величины энергии ионизации ловушек в исходном, низкоомном и высокоомном состояниях мемристоров.

5. Показано, что введение туннельного оксида в мемристор на основе пиролитического SiNx приводит к уменьшению напряжения перепрограммирования, увеличению окна памяти и к отсутствию процедуры формовки.

6. Установлено, что механизм транспорта заряда в мемристоре на основе пиролитического нитрида кремния количественно описывается моделью тока, ограниченного пространственным зарядом. Определены величины энергии ионизации ловушек в низкоомном и высокоомном состояниях мемристора.

Теоретическая и практическая значимость

Полученные результаты указывают на то, что изменение сопротивления при переключении мемристоров на основе плазмохимических SiOx и SiNx и пиролитического SiзN4 осуществляется по филаментарной модели. Установление механизмов транспорта в высокоомном и низкоомном состояниях мемристоров на основе плазмохимических SiOx и SiNx и пиролитического SiзN4 открывает возможность прогнозирования энергопотребления матриц памяти. Полученные величины энергий ионизации ловушек в разных состояниях мемристоров на основе плазмохимических SiOx и SiNx и пиролитического SiзN4 представляют интерес для определения природы ловушек. Определен оптимальный состав плазмохимической пленки SiOx (х = 1.1), применяемой в качестве активной среды мемристора, при котором запоминающиеся свойства мемристора (окно памяти, число циклов перепрограммирования, время хранения информации) являются наилучшими. Оптимальный состав плазмохимической пленки SiOl.l может быть использован для разработки и производства матрицы памяти на основе нестехиометрического SiOx. Сведения о мемристорах на основе плазмохимических SiOx и SiNx и пиролитического SiзN4 не требующих процедуры формовки, могут использоваться при разработке матриц резистивной памяти.

Методология и методы исследования:

Предметом исследования являются мемристоры на основе нестехиометрических SiOx и SiNx, созданных плазмохимическим осаждением и металл-нитрид-оксид-полупроводниковый мемристор, в котором слой нитрида получен пиролизом. Методы исследования.

Исследование мемристоров проводилось с использованием следующих методов:

1) измерение вольт-амперных характеристик мемристорных структур при разных температурах в разных состояниях,

2) сравнение экспериментальных вольт-амперных характеристик с теоретическими моделями транспорта заряда (определение механизма транспорта заряда в мемристорных структурах),

3) рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (определения параметра стехиометрии x диэлектрической пленки),

4) просвечивающая электронная микроскопия (исследование исходного состояния мемристорной структуры),

5) измерение количества циклов переключений,

6) измерение времени хранения информации при температуре 85 0С. Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Нестехиометрические пленки SiOx, полученные плазмохимическим осаждением, при л:=0,7-1,8 обладают обратимым изменением сопротивления при протекании тока, характерным для мемристоров. Установлено, что мемристор на основе SiOx=l,l обладает наилучшими значениями величины окна памяти, времени хранения информации и числа циклов перепрограммирования по сравнению с другими составами.

2. Мемристоры на основе нестехиометрических плазмохимических SiOx и SiNx не требуют процедуры формовки. Транспорт заряда в исходном, высокоомном, промежуточном и низкоомном состояниях мемристоров на основе плазмохимических SiOx и SiNx описывается моделью тока, ограниченного пространственным зарядом, в режиме заполнения ловушек. Энергии ионизации ловушек в различных режимах мемристора лежат в диапазоне от 0,06±0,01 эВ до 0,11±0,01 эВ.

3. Мемристор на основе пиролитического нитрида кремния не требует процедуры формовки. Транспорт заряда описывается моделью тока, ограниченного пространственным зарядом, в режиме заполнения ловушек. Энергия ионизации ловушки в высокоомном состоянии имеет значение 0,5±0,01 эВ.

Достоверность результатов обоснована использованием современных методов исследования свойств материалов и структур при работе с большим количеством образцов, контроле воспроизводимости, набором статистики, а также детальным анализом полученных данных.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Транспорт заряда в бесформовочных мемристорах на основе оксида и нитрида кремния»

Апробация работы

Результаты научной работы были представлены и обсуждались на лабораторных и институтских семинарах ИФП СО РАН, конкурсах стипендий ИФП СО РАН, а также на международных конференциях в виде устных и стендовых докладов:

• Международная конференция New Trends in Nonequilibrium Stochastic Multistable Systems and Memristors (nes2019), Italy, Erice, 18-21 October, 2019. Устный доклад, Charge transport mechanism of forming less Si01.09-based memristor in various states. Стендовый доклад Charge transport mechanism of SiNx-based memristor in various states.

• Международная конференция Insulating films on semiconductors 2019 (INFOS 2019), Cambridge University, United Kingdom, Cambridge, 30th June - 3rd July, 2019. Стендовый доклад Charge transport mechanism of a SiOx-based memristor in various resistance states.

• Российский Форум «Микроэлектроника 2021», г. Москва, 7-9 сентября 2021 предсессия, Алушта, Республика Крым, 3-7 октября 2021. Онлайн доклад Оптимизация запоминающих свойств от состава мемристора на основе SiOx, полученного плазмохимическим осаждением.

• XV Российская конференция по физике полупроводников, г. Нижний Новгород, 3-7 октября 2022. Устный доклад, Мемристорная память на основе оксидов и нитридов кремния.

Публикации:

Материалы работы были опубликованы в 4-х научных статьях [A1-A4], из которых 4 входит в перечень ВАК и представлены в 5 докладах на четырех конференциях. По исследованиям диссертации получен патент на изобретение в РФ [A5]. Кроме того, результаты исследований частично представлены в отдельной главе коллективной монографии [A6].

Личный вклад автора

Вклад автора в представляемую работу заключался в обсуждении целей и задач исследований. Обсуждение результатов и их интерпретация, а также подготовка материалов для конференций и публикаций в научных журналах проводились соискателем совместно с научным руководителем и

соавторами статей. Подавляющая часть экспериментальных данных была получена соискателем лично. Анализ области применимости теоретических моделей для описания экспериментальных данных и все сравнения экспериментальных данных с моделями проведены соискателем. Соискателем получена эмпирическая формула для одной из теоретических моделей.

Объём и структура работы

Общий объём работы составляет 156 страниц, включая 48 рисунок. В работе выделены: введение, 4 основные главы и заключение. Список литературы содержит 179 наименований.

Глава 1.Обзор литературы 1.1 Мемристор

В 1971 г. Чуа отметил, что в фундаментальной теории электрических цепей отсутствует связывающий магнитный поток и заряд пассивный элемент [75]. Он предложил называть такой элемент мемристором (память, которая запоминает сопротивление). Мемристор способен изменять своё сопротивление в зависимости от протекшего через него заряда. В работе Чуа математически выведено физическое поведение идеального мемристора (Рисунок 1). Впервые эффект резистивного переключения был экспериментально продемонстрирован в 2008 г. для системы металл-диэлектрик-металл Pt-TiÜ2-TinO2n-i-Pt в компании Hewlett-Packard [11]. Экспериментально было показано, что резистивное переключение происходит в диэлектрическом слое диоксида титана за счет движения вакансий кислорода, которые возникают в электрическом поле при транспорте электронов или дырок.

В настоящее время ведутся поиски структур проявляющие резистивные переключения, и интеграция этих мемристорных структур в существующую кремний-металл-оксид-полупроводниковую (КМОП) технологию. Были проведены многочисленные исследования по поиску материалов для активной среды мемристоров, по изучению структурных и электрофизических свойств мемристоров. В результате исследований были установлены основные классы материалов с резистивным переключением: оксиды, твердые электролиты, полимеры, материалы, меняющие сопротивление за счет фазового перехода и пр.

Рисунок 1. Соотношения между четырьмя фундаментальными электрическими

переменными и двухполюсниками, связывающими эти переменные.

Фазовая память может быть использована в качестве мемристора. Основной принцип работы фазовой памяти основан на изменении фазы материала активной среды. При изменении фазы материала изменяются его свойства, для применения в качестве мемристора используется изменение электрического сопротивления при изменении фазы. Халькогенид используется в качестве материала активной среды фазовой памяти, и его изучение началось с 1968 года [76; 77]. Разница сопротивления между аморфной фазой и поликристаллической фазой позволяет использовать хальдогениды как элементы памяти. Для перехода в аморфную фазу используется короткий импульс, который расплавляет материал. Так как импульс нагрева короткий, то при быстром остывании после прекращения подачи тепла образуется аморфная фаза. Для кристаллизации же подается длительный импульс для нагрева материала до температуры выше температуры кристаллизации, но ниже температуры плавления (Рисунок 2) [78]. Ячейка фазовой памяти как правило состоит из активной среды, в данном случае халькогенида, и нагревательного элемента, который обеспечивает подачу нагревательных импульсов. Из-за высокой скорости кристаллизации в фазовой памяти используются сплавы Ge2Sb2Te5 (сокращенно GST) и GeTe (Рисунок 3) [78; 79]. Именно скорость кристаллизации лимитирует скорость переключения хальдогенидов. На Рисунке 3 показана экспериментальная зависимость сопротивления от плотности тока для халькогенидов GST и GeTe и их фазовые переходы (аморфная фаза, кристаллическая фаза, переходные фазы) [80]. Переключения элементов из кристаллической фазы в аморфную фазу происходят достаточно плавно как для GST, так и для GeTe. Плавное переключение позволяет использовать хальдогениды в аналоговом применении за счет регулирования объемной доли аморфной фазы материала [81; 82]. Но на равне с хорошими свойствами памяти хальдогениды обладают рядом недостатков, такими как возможное расслоение материала активного слоя памяти после неоднократных переключений [78]. Другим недостатком является изменение состава халькогенида вследствие диффузии материалов электродов при нагреве [83]. Халькогениды постепенное изменяют свое сопротивления и порогового напряжения с течением времени, что уменьшает возможность использование халькогенидов в долгосрочной перспективе [84].

Рисунок 2. Схематичная температурно-временная зависимость программирования состояния халькогенида, где Та и Тх - температуры плавления и кристаллизации халькогенида,

соответственно [78].

Рисунок 3. Зависимость значений сопротивления от плотности протекающего через них тока для элементов на основе GST и GeTe [80].

Следующими претендентами на роль мемристорных структур являются память с произвольным доступом с проводящим мостом (conductive bridging random access memory -CBRAM) [85]. Большая разница в сопротивлении в CBRAM реализуется за счет формирование и растворения проводящего канала, образованного из ионов металла одного из контактов [86; 87; 88; 89; 90]. Для образования проводящей нити из ионов металла один из контактов является электрохимически активным, обычно это серебро (Ag) [86; 87; 88; 89; 90; 91] или медь (Cu) [92; 93; 94; 95]. Электрохимически инертный металл используется для материала второго электрода, например, платина Pt [94; 96; 97], вольфрам (W) [86; 98], золото (Au) [99]. В качестве активной среды в CBRAM используется следующие материалы - сульфиды германия (GexSy) [92; 93], селениды германия (GexSey) [31; 87; 88; 97; 98; 100], сульфид мышьяка (As2S3) [99; 101], сульфид меди (Cu2S) [95; 101], в некоторых случаях также возможно использовать оксиды металлов [102; 103].

Процесс переключения сопротивления с высокоомного в низкоомное состоит в образовании проводящего канал за счет ионов металла электрохимически активного контакта, обратное переключение сопротивления происходит за счет растворения проводящего канала. Схематичное изображения переключения сопротивления и ВАХ CBRAM показаны на Рисунке 4.

Рисунок 4. Схема поэтапного процесса переключения СВЯЛМ совместно с его типичной

вольт-амперной характеристикой [97].

Материал активного слоя сильно влияет на скорость переключения сопротивления. Время переключения для сульфида меди лежит в диапазоне от 5 до 32 мкс [104]; для сульфида германия -от 250 нс для включения и до 12 мс для выключения [105]; для селенида германия - 50 нс [106]. Для СВЯЛМ максимальное сопротивление в высокоомном состоянии (ВОС) составляет не менее 107 Ом, а минимальное сопротивление в низкоомном состоянии (НОС) - около 104 Ом [88; 92; 104; 106; 107]. Отношение сопротивления ВОС к минимальному НОС составляет обычно не менее 3-4 порядка. Отношение сопротивления ВОС/НОС больше двух порядков достаточно для различимости логических «0» и «1» [86]. У СВЯЛМ есть существенные недостатки в возможности сохранять отношение сопротивления ВОС к НОС в течение 10 лет, отношение сопротивлений уменьшается на 2 порядка [107]. Другим существенным недостатком является количество циклов переключений сопротивлений, СВЯЛМ мемристоры выдерживают около 105 количество циклов [ 107]. Еще одним недостатком является увеличение рабочего напряжения переключений при циклировании [107].

Мемристор на основе вакансий не зависит от материалов контактов и переключение в нем определяется только его активной средой. Наиболее широко изучаются в качестве активной среды мемристора на основе вакансий следующие оксиды: ТЮх [13; 31; 32; 33; 34; 35; 36; 37; 38; 39], №Ох [31; 32; 40; 41; 42], ТаОх [32; 43; 44; 45], СиОх [31; 46], НГОХ [23; 32; 47; 48], БЮХ [49; 50; 51], перовскит SrTiOз [52; 53; 54] и др. [31; 33]. Переключение сопротивления в мемристорах на основе оксидов происходит за счет различных дефектов и примесей. Из-за этого большинство оксидов обладают свойством резистивного переключения. При приложении напряжения дефекты (обычно это вакансии) диффундируют и создают проводящий канал. Если переключения в структурах зависит от полярности приложенного напряжения, то они являются биполярными, то есть для включения (переключение из ВОС в НОС) требуется напряжение одного знака, а для выключения (переключение из НОС в ВОС) напряжение другой полярности. Если включение и выключение происходит при одной полярности, то они являются монополярными. В определенных случаях оксиды, например ТЮх [34], №Ох [40], БгТЮ3 [53], могут быть активной средой как для монополярных, так и биполярных мемристоров. Полярность переключений зависит в таких

мемристарах от архитектуры всей структуры, материалов контактов [32] и от условия проведения процесса формовки [54]. На Рисунке 5 представлены вольт-амперные характеристики мемристоров в разных режимах переключения сопротивления.

Электрическое поле и нагрев отвечают за создание и разрушение проводящего канала в оксидных мемристорах. Если только электрическое поле участвует в процессе переключения, то процесс описывается биполярным нелинейным режимом переключения мемристоров (Рисунок 5 а), [36]. В этом режиме создание (переключение с ВОС в НОС) и разрыв (переключение с НОС в ВОС) проводящего канала происходит в вертикальном направлении (Рисунок 5а). Участии в процессе переключения электрического поля и нагрева описывается режимом биполярного линейного переключения (Рисунок 5б) [108]. В этом режиме канал создан вертикально и изменение сопротивления происходит в следствии изменения геометрических размеров проводящего канала или изменения состава материала проводящего канала (Рисунок 5б). Если нагрев определяет переключение проводящего канала, то в таком случае переключение описывается монополярным режимом (Рисунок 5в) [13; 109]. Создание проводящего канала в этом режиме происходит за счет разогрева оксида электрическим током, из-за этого нагрева появляется температурный градиент в оксиде, вследствие чего диффундируют вакансии кислорода (Рисунок 5в). Разрыв проводящего канала в монополярном режиме происходит при дальнейшем увеличении напряжения и тока, что приводит к термическому расплаву (Рисунок 5в). Если же при основном участии нагрева в переключении мемристора присутствует недостаточный отвод тепла, то такое переключение описывается пороговым монополярным режимом (Рисунок 5г). Создание канала происходит при определённом уровне тока, а разрушение канала происходит из-за недостаточного отвода тепла (Рисунок 5г). Биполярный нелинейный режим является основным для оксидных мемристоров. В оксидных мемристорах напряжения переключения может отличаться от одного цикла переключения к другому [54].

Рисунок 5. ВАХ мемристоров в разных режимах переключения: а) биполярный нелинейный режим; б) биполярный линейный режим; в) монополярный режим; г) монополярный

пороговый режим [54].

Скорость переключения оксидных мемристоров лежит в диапазоне от 5 до 40 нс [110; 111; 112; 113]. Оксидные мемристоры практически не деградируют при больших циклах переключений сопротивлений. Как правило оксидные мемристоры сохраняют ВОС и НОС сопротивление не менее 105 циклов переключений [32; 33; 110]. Рекордным количество циклов переключений (1012) обладают мемристоры: Р1/Та205-х/Та02-х/Р1 [114] и Та/ТаОх/ТЮ2/Т1 [115]. При циклировании может деградировать как НОС, так и ВОС сопротивление. Но характерным является деградация ВОС сопротивления, которое сопровождается увеличение сопротивления ВОС до тех пор пока сопротивление не станет равным НОС [32; 39; 46; 110]. Деградацию, когда сопротивление НОС становится равно ВОС или наоборот, жаргонно называют "схлопыванием" окна памяти мемристора. Исследовалось время хранения информации или время хранения НОС и ВОС сопротивлений. При комнатной температуре информация (сопротивления) на протяжении не менее 104 секунд хранится без изменений [32; 33]. Для оксидных мемристоров соотношение ВОС сопротивления к НОС сопротивления, как правило, составляет не менее 2-3 порядков [13; 32; 36; 54; 110; 112; 113]. Такое отношение сопротивлений достаточно для задания НОС и ВОС как логических единицы и нуля соответственно. Так же большое значение соотношения ВОС к НОС дает возможность получения промежуточных значений сопротивлений между ВОС и НОС [110].

Часто стехиометрические оксиды требуют проведения процедуры формовки [22]. Процедура формовки - это мягкий пробой изолирующего активного слоя мемристора при приложении к структуре высокого предпробойного напряжения. Например, в статье [22] для приведения мемристора на основе ТаОх толщиной 10 нм к переключениям с высокоомного в низкоомное состояние требуется напряжение в 6 В, когда переключения из высокоомного в низкоомное состояние и обратно требуется около ± 1 В.

Надежность мемриторов существенно повышается, если в них отсутствует процесса формовки. Напряжение формовки можно значительно снизить, уменьшив толщину оксидного слоя [23]. Другим решением уменьшения напряжения формовки является принудительное введение избыточной концентрации дефектов в оксидный слой во время изготовления структуры. Этого

можно добиться несколькими способами, одни из них является введением активной металлической примеси (например, А1) [24] в оксидный слой в СВЯЛМ мемристора. Другой способ представляет собой добавление нестехиометрического оксидного слоя к стехиометрическому слою того же материала [25; 26] (например, мемристорные структуры вида: ТЮ2/ТЮх [13; 36] или Та2О5/ТаОх [43]). Отсутствие процедуры формовки в этих структурах достигнуто за счет двухслойности активной среды. При воздействии электрическим полем из оксида кислородные вакансии диффундируют в обедненный кислородом оксид, создавая проводящий канал из вакансий кислорода. Еще одним способом является нанесением тонкого слоя с химически активным металлом на стехиометрический оксидный слой [27].

В процессе формовки происходит резкое изменение сопротивления мемристора. Известно, что сопротивление оксида уменьшается с обеднением кислородом (увеличение концентрации кислородных вакансий). Во время процесса формовки сопротивление диэлектрика уменьшается на несколько порядков так же, как это происходит, когда нестехиометрический диэлектрик обедняется кислородом [28]. В [29; 30] сообщается о бесформовочных мемристорах на основе нестехиометрического диэлектрика с достаточным содержанием кислородных вакансий.

В меристорах на основе SiOх возможны два случая образования проводящих каналов: образование проводящих каналов за счет ионов металлов контакта [116; 117] или за счет вакансий кислорода в слое SiOх [50; 118]. Увеличение контроля за переключением можно добиться с помощью введения дефектов при создании структуры или во время процедуры формовки.

1.2 Мемристоры на основе SiOx и 81^

Переключение сопротивления в структурах на основе SiOх впервые было обнаружено Хикмоттом [119]. Хикмотт в основном сконцентрировался на эффекте резистивного переключения в оксиде Л1, но так же проверил, что такой эффект присутствует и в других оксидах, в частности в БЮх [120]. Эффект резистивного переключения описан в обзоре Беагпа1еу [121]. В последние годы, при очередной волне интереса к структурам с тонкими слоями SiOх (БЮ2), получены новые данные, которые интерпретируются на основе электрохимических процессов восстановления-окисления (БЮх в и обратно) с участием точечных дефектов (кислородных вакансий, избыточные атомы кремния) и/или нанокластеров. В ряде статей [62; 122; 123] такие «окислительно-восстановительные» процессы были обнаружены на краях контактов в БЮх в столбчатых структурах, и что вакуумная среда во время измерений является необходимым условием для наблюдения резистивных переключений. Резистивные переключения как биполярной, так и униполярной природы в атмосферных условиях наблюдали для пленок SiOх, отожженных после нанесения слоя при 950° С или 1000° С [50; 124]. Используемый высокотемпературный отжиг нестехиометрического оксида стимулирует образование нанокластеров Si с различными размерами и случайным пространственным распределением, что может отрицательно повлиять на стабильность резистивного переключения и на количество рабочих ячеек памяти. Наличие кремниевой подложки, нанокластеров и многочисленных Si/SiOх интерфейсов оказывает большое влияние на распределение электрического поля, механизмы транспорта заряда и параметры резистивного переключения и усложняет интерпретацию экспериментальных данных.

Более надежная интерпретация может быть получена для резистивных переключений, достигнутых без дополнительной термической обработки в тонких пленках SiOх, сформированных в симметричной структуре «металл-диэлектрик-металл» (МДМ) [125; 126] или в виде структуры «металл-диэлектрик-полупроводник» (МДП), изготовленной на высоколегированной кремниевой подложке [127]. Типичным результатом этих исследований является наблюдение однополярного резистивного переключения, которое может быть связано с разрушением и восстановлением

проводящих каналов, образованных в результате разрыва связей SiO в оксиде под действием электрического напряжения. Также установлено влияние материала электрода [127] и важная роль кислородного обмена между оксидом и прилегающей областью электрода [126] или внешней атмосферой [128]. Температурные зависимости сопротивления позволили авторам работ [125; 126] сделать вывод, что транспорт заряда через оксид достигается за счет прыжкового механизма через состояния, возникающие из точечных дефектов SiOx различной плотности в высокоомном состоянии (ВОС) и низкоомном состоянии (НОС).

В настоящее время в исследованиях мемристоров на основе SiOx основными лидерами являются две группы исследователей: автор Мехоник и соавторы из Великобритании [57; 58; 129] и автор Михайлова и соавторы из Нижнего-Новгорода [28; 64]. Обе группы занимаются SiOx меристорами, полученными магнетронным распылением [28; 58]. Меристоры на основе SiOx, полученные магнетронным распылением, требуют процесса формовки.

Было установлено, что резистивное переключение в нитриде кремния демонстрируют более стабильное поведение переключений при более низких рабочих напряжениях, чем мемристоры на основе SiOx. [130]. Еще одним преимуществом является возможность при введении туннельно тонкого оксида кремния в мемристор на основе SiNx уменьшать рабочие токи низкоомного состояния мемристора и уменьшать напряжения включения\выключения [71]. Основные группы, которые занимаются мемристорами на основе SiNx: автор Ким и его соавторы из Южной Кореи занимаются в основном мемристорами, в которых нитрид кремния получен пиролизом [70; 131; 132], автор Jiang и его соавторы из Китая сконцентрированы на плазмохимическом методе получения слоя SiNx [130; 133] и в недавнем времени автор Михайлов и соавторы из Нижнего Новгорода тоже занялись изучением мемристоров на основе SiNx [74]. Мемристоры на основе SiNx требуют процедуры формовки.

Важное обстоятельство заключается в том, что эффект переключения в тонкопленочных структурах на основе SiOx и SiNx сильно зависит от способа изготовления и стехиометрии оксида, типа подложки и/или материалов электродов; поэтому электрофизических характеристик

соответствующих мемристорных структур для понимания природы резистивного переключения в каждом отдельном случае необходим полный анализ.

1.3 Механизмы транспорта заряда в мемристорах на основе SiOx и 81^

Несмотря на многочисленные исследование механизма транспорта заряда в мемристорах на основе БЮх до сих пор не установлен однозначно [28; 50; 57; 58; 60; 63; 125; 129; 134].

Механизм транспорта заряда в мемристорах сильно зависит от структуры мемристора и технологии его получения, поэтому для анализа механизма транспорта следует учитывать не только материалы мемристорной структуры, но также технологии их получения. В статье [28] активная среда мемристора получена физическим распылением мишени из диоксида кремния в атмосфере газовой смеси аргона и кислорода (содержание кислорода 30%) при давлении 5,6 х10-3 Торр и температуре подложки 400 °С. Металлические контакты получены магнетронным распылением. Структура мемристора на основе Ли/2г/БЮх/Т1К/Т1 представлена на Рисунке 6. Такая структура требует процедуры формовки. Измерены температурные зависимости тока при +2 вольт в диапазоне температур от 200К до 450К на Рисунке 7. Из кривых была определена энергия активации около 0,1 эВ для состояния ВОС. Предложен прыжковый механизм транспорта при такой энергии активации ловушек, так как характерные энергии активации для прыжкового механизма составляют порядок величины десяток или сотен мэВ. Но на Рисунке 8 мы видим что ВАХ в двойном логарифмическом масштабе имеет двойной наклон, что более характерно для механизма токов, ограниченных пространственным зарядом [135; 136; 137]. Из этого можно сделать вывод, что энергия активации определена из эксперимента и является верной величиной, но предложенный механизм транспорта требует дальнейших исследований для более достоверного подтверждения. Например, увеличение диапазона исследуемых температур до гелевых поможет удостовериться в том, что прыжковый механизм основной и присутствует в данном мемристоре или сказать обратное из подобного эксперимента.

Рисунок 6. Схематичное изображение структуры мемристора на основе Ли/2г/8Юх/Т1К/Т1

[28].

О

О

10

10"

10"

-2

10

-5

10

-6

1111 1 1

- й^0^----В—

со

ъ ч

" ^ □ о НРБ

□ 1111 □

8 10 12 14

1077

Рисунок 7 Температурные зависимости тока в состоянии ВОС и НОС при напряжении

чтения +2 В. Площадь верхнего Аи-электрода, используемого при измерениях 8.4* 10-3 см-2 [28].

Рисунок 8 ВАХ, для прямой (У> 0) и обратной (V <0) развертки, построены в двойном логарифмическом масштабе. Площадь верхнего Ли-электрода, используемого при измерениях

8,4 х10-3 см-2 [28].

Другим примером является мемристор полученный плазмохимическим методом на основе структуры Р1/8Ю0.7э/Р1 [125]. Пленка БЮх осаждалась плазмохимическим методом с использованием SiH4 (4 см3/мин) и N20 (20 см3/мин) в качестве реакционных газов. Температура подложки поддерживалась 250 °С. Были получены пленки БЮх толщиной 60 нм. Платиновые электроды осаждались методом магнетронного распыления. Полученная структура показана на Рисунке 9. х в такой пленки после анализа рентгеновских фотоэлектронных спектров составляет величину 0.73. Авторы предложили модель переключение мемристора на основе модели протекания по кремниевым оборванным связям. Полярная ковалентная связь Si-0 может быть ослаблена и в конечном итоге разрушена под действием электрического поля (Рисунок 10 (а)). Состояния оборванных связей кремния расположены около середины запрещенной зоны диэлектрика. Электроны могут переноситься прыжковыми процессами через состояния этих оборванных связей, если концентрация оборванных связей намного выше, как показано схематично на рисунке 10 (Ь). Эта ситуация похожа на состояние мемристора до процесса формовки. Когда на мемристор воздействуют сильным электрическим полем увеличивается плотность кремниевых оборванных связей. Если концентрация кремниевых оборванных связей достигает порогового значения, то образуется путь для протекания тока. Таким образом, электроны могут переноситься по оборванным связям, и устройство переключается на НОС, как показано на рис. 3 (с-2). Высокая плотность тока в НОС должна генерировать высокую тепловую энергию. В результате, когда ток протекает через перколяционный путь НОС, небольшая часть кремниевых оборванных связей термически повторно окисляются с помощью внешних атомы кислорода, как схематично показано на Рисунке 10 (с-3). Непрерывный путь протекания будет частично разрушен около верхнего электрода. Следовательно, устройство быстро переключается с НОС на ВОС. На рисунке 11 показана температурная зависимость сопротивления мемристора в ВОС и НОС (напряжение чтения 150 мВ). Для ВОС сопротивление уменьшается с увеличением температуры от 150 К до 350 К.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гисматулин Андрей Андреевич, 2023 год

Список литературы

[1] Гриценко, В. А. Физика диэлектрических пленок: механизмы транспорта заряда и физические основы приборов памяти: монография / В. А. Гриценко, Д. Р. Исламов. — Новосибирск: ПАРАЛЛЕЛЬ, 2017. — 352 с.

[2] Nasyrov, K. A. Two-bands charge transport in silicon nitride due to phonon-assisted trap ionization / K. A. Nasyrov, V. A. Gritsenko, Y. N. Novikov, E. H. Lee, S. Y. Yoon, C. W. Kim. // Journal of Applied Physics. — 2004. — Т. 96. — № 8. — 4293-4296 с.

[3] Gritsenko, V. A. A new low voltage fast SONOS memory with high-k dielectric / V. A. Gritsenko, K. A. Nasyrov, Y. N. Novikov, A. L. Aseev, S. Y. Yoon, J. W. Lee, E. H. Lee, C. W. Kim. // Solid-State Electronics. — 2003. — Т. 47. — № 10. — 1651-1656 с.

[4] Gritsenko, V. A. Silicon Nitride on Si: Electronic Structure for Flash Memory: chapter in book Thin Films on Si: Electronic and Photonic Applications / V. A. Gritsenko; Eds. V. Narayanan, M. Frank, A.A. Demkov — USA: World Scientific Press, 2016. — 273-322 c.

[5] Padovani, A. Evidences for vertical charge dipole formation in charge-trapping memories and its impact on reliability / A. Padovani, A. Arreghini, L. Vandelli, L. Larcher, G. Van den Bosch, J. Van Houdt. // Applied Physics Letters. — 2012. — Т. 101. — № 5.

[6] Park, N. M. Quantum confinement in amorphous silicon quantum dots embedded in silicon nitride / N. M. Park, C. J. Choi, T. Y. Seong, S. J. Park. // Physical Review Letters. — 2001. — Т. 86. — № 7. — 1355-1357 с.

[7] Перевалов, Т. В. Применение и электронная структура диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью / Т. В. Перевалов, В. А. Гриценко. // УФН. — 2010. — Т. 53. — № 6. — 561-575 с.

[8] Van Duy, N. High performance nonvolatile memory using SiO2/SiOx/SiOxNy stack on excimer laser-annealed polysilicon and the effect of blocking thickness on operation voltage / N. Van Duy, S. Jung, K. Kim, D. N. Son, N. T. Nga, J. Cho, B. Choi, J. Yi. // Journal of Physics D-Applied Physics. — 2010. — Т. 43. — № 7.

[9] Гриценко. В. А. Электронная структура нитрида кремния / В. А. Гриценко. // УФН — 2012.

— Т. 55. —№ 5. — 498-507 с.

[10] Zidan, M. A. The future of electronics based on memristive systems / M. A. Zidan, J. P. Strachan, W. D. Lu. // Nature Electronics. — 2018. — Т. 1. — № 1. — 22-29 с.

[11] Strukov, D. B. The missing memristor found / D. B. Strukov, G. S. Snider, D. R. Stewart, R. S. Williams. // Nature. — 2008. — Т. 453. — № 7191. — 80-83 с.

[12] Torrezan, A. C. Sub-nanosecond switching of a tantalum oxide memristor / A. C. Torrezan, J. P. Strachan, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams. // Nanotechnology. — 2011. — Т. 22. — № 48.

[13] Kwon, D. H. Atomic structure of conducting nanofilaments in TiO2 resistive switching memory / D. H. Kwon, K. M. Kim, J. H. Jang, J. M. Jeon, M. H. Lee, G. H. Kim, X. S. Li, G. S. Park, B. Lee, S. Han, M. Kim, C. S. Hwang. // Nat Nanotechnol. — 2010. — Т. 5. — № 2. — 148-53 с.

[14] Jo, S. H. Nanoscale Memristor Device as Synapse in Neuromorphic Systems / S. H. Jo, T. Chang, I. Ebong, B. B. Bhadviya, P. Mazumder, W. Lu. // Nano Letters. — 2010. — Т. 10. — № 4. — 1297-1301 с.

[15] Meijer, G. I. Materials science - Who wins the nonvolatile memory race? / G. I. Meijer. // Science.

— 2008. — Т. 319. — № 5870. — 1625-1626 с.

[16] Lee, S. Metal oxide-resistive memory using graphene-edge electrodes / S. Lee, J. Sohn, Z. Z. Jiang, H. Y. Chen, H. S. P. Wong. // Nature Communications. — 2015. — Т. 6.

[17] Pirovano, A. Integrated circuits memory grows up / A. Pirovano, K. Schuegraf. // Nature Nanotechnology. — 2010. — Т. 5. — № 3. — 177-178 с.

[18] Waser, R. Nanoionics-based resistive switching memories / R. Waser, M. Aono. // Nature Materials.

— 2007. — Т. 6. — № 11. — 833-840 с.

[19] Yao, J. Highly transparent nonvolatile resistive memory devices from silicon oxide and graphene / J. Yao, J. Lin, Y. H. Dai, G. D. Ruan, Z. Yan, L. Li, L. Zhong, D. Natelson, J. M. Tour. // Nature Communications. — 2012. — Т. 3.

[20] Sawa, A. Resistive switching in transition metal oxides / A. Sawa. // Materials Today. — 2008. — T. 11. — № 6. — 28-36 c.

[21] Choi, S. Retention failure analysis of metal-oxide based resistive memory / S. Choi, J. Lee, S. Kim, W. D. Lu. // Applied Physics Letters. — 2014. — T. 105. — № 11.

[22] Diokh, T. Study of resistive random access memory based on TiN/TaOx/TiN integrated into a 65 nm advanced complementary metal oxide semiconductor technology / T. Diokh, E. Le-Roux, S. Jeannot, C. Cagli, V. Jousseaume, J. F. Nodin, M. Gros-Jean, C. Gaumer, M. Mellier, J. Cluzel, C. Carabasse, P. Candelier, B. De Salvo. // Thin Solid Films. — 2013. — T. 533. — 24-28 c.

[23] Govoreanu, B. 10x10nm(2) Hf/HfOx Crossbar Resistive RAM with Excellent Performance, Reliability and Low-Energy Operation / B. Govoreanu, G. S. Kar, Y. Y. Chen, V. Paraschiv, S. Kubicek, A. Fantini, I. P. Radu, L. Goux, S. Clima, R. Degraeve, N. Jossart, O. Richard, T. Vandeweyer, K. Seo, P. Hendrickx, G. Pourtois, H. Bender, L. Altimime, D. J. Wouters, J. A. Kittl, M. Jurczak. // 2011 IEEE International Electron Devices Meeting (Iedm). — 2011.

[24] Mahapatra, R. Forming-Free Reversible Bipolar Resistive Switching Behavior in Al-Doped HfO2 Metal-Insulator-Metal Devices / R. Mahapatra, A. B. Horsfall, N. G. Wright. // Journal of Electronic Materials. — 2012. — T. 41. — № 4. — 656-659 c.

[25] Strachan, J. P. Characterization of electroforming-free titanium dioxide memristors / J. P. Strachan, J. J. Yang, L. A. Montoro, C. A. Ospina, A. J. Ramirez, A. L. D. Kilcoyne, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams. // Beilstein Journal of Nanotechnology. — 2013. — T. 4. — 467-473 c.

[26] Lee, S. Highly Reliable Resistive Switching Without an Initial Forming Operation by Defect Engineering / S. Lee, D. Lee, J. Woo, E. Cha, J. Park, J. Song, K. Moon, Y. Koo, B. Attari, N. Tamanna, M. S. Haque, H. Hwang. // Ieee Electron Device Letters. — 2013. — T. 34. — № 12. — 1515-1517 c.

[27] Lohn, A. J. A CMOS Compatible, Forming Free TaOx ReRAM / A. J. Lohn, J. E. Stevens, P. R. Mickel, D. R. Hughart, M. J. Marinella. // Nonvolatile Memories 2. — 2013. — T. 58. — № 5. — 59-65 c.

[28] Mikhaylov, A. N. Bipolar resistive switching and charge transport in silicon oxide memristor / A. N. Mikhaylov, A. I. Belov, D. V. Guseinov, D. S. Korolev, I. N. Antonov, D. V. Efimovykh, S. V. Tikhov, A. P. Kasatkin, O. N. Gorshkov, D. I. Tetelbaum, A. I. Bobrov, N. V. Malekhonova, D. A. Pavlov, E. G. Gryaznov, A. P. Yatmanov. // Materials Science and Engineering B-Advanced Functional Solid-State Materials. — 2015. — T. 194. — 48-54 c.

[29] Baek, G. H. Oxide stoichiometry-controlled TaOx-based resistive switching behaviors / G. H. Baek,

A. R. Lee, T. Y. Kim, H. S. Im, J. P. Hong. // Applied Physics Letters. — 2016. — T. 109. — № 14. c.

[30] Voronkovskii, V. A. Influence of HfOx composition on hafnium oxide-based memristor electrical characteristics / V. A. Voronkovskii, V. S. Aliev, A. K. Gerasimova, D. R. Islamov. // Materials Research Express. — 2018. — T. 5. — № 1.

[31] Burr, G. W. Overview of candidate device technologies for storage-class memory / G. W. Burr,

B. N. Kurdi, J. C. Scott, C. H. Lam, K. Gopalakrishnan, R. S. Shenoy. // IBM Journal of Research and Development. — 2008. — T. 52. — № 4-5. — 449-464 c.

[32] Wong, H. S. P. Metal-Oxide RRAM / H. S. P. Wong, H. Y. Lee, S. M. Yu, Y. S. Chen, Y. Wu, P. S. Chen, B. Lee, F. T. Chen, M. J. Tsai. // Proceedings of the IEEE. — 2012. — T. 100. — № 6. — 1951-1970 c.

[33] Akinaga, H. Resistive Random Access Memory (ReRAM) Based on Metal Oxides / H. Akinaga, H. Shima. // Proceedings of the IEEE. — 2010. — T. 98. — № 12. — 2237-2251 c.

[34] Kim, K. M. Localized switching mechanism in resistive switching of atomic-layer-deposited TiO2 thin films / K. M. Kim, B. J. Choi, C. S. Hwang. // Applied Physics Letters. — 2007. — T. 90. — № 24.

[35] Jeong, D. S. Characteristic electroforming behavior in Pt/TiO2/Pt resistive switching cells depending on atmosphere / D. S. Jeong, H. Schroeder, U. Breuer, R. Waser. // Journal of Applied Physics. — 2008. — T. 104. — № 12.

[36] Yang, J. J. Memristive switching mechanism for metal/oxide/metal nanodevices / J. J. Yang, M. D. Pickett, X. M. Li, D. A. A. Ohlberg, D. R. Stewart, R. S. Williams. // Nature Nanotechnology. — 2008. — T. 3. — № 7. — 429-433 c.

[37] Alibart, F. High precision tuning of state for memristive devices by adaptable variation-tolerant algorithm / F. Alibart, L. G. Gao, B. D. Hoskins, D. B. Strukov. // Nanotechnology. — 2012. — T. 23. — № 7.

[38] Pickett, M. D. Switching dynamics in titanium dioxide memristive devices / M. D. Pickett, D. B. Strukov, J. L. Borghetti, J. J. Yang, G. S. Snider, D. R. Stewart, R. S. Williams. // Journal of Applied Physics. — 2009. — T. 106. — № 7.

[39] Kim, K. M. Electronic bipolar resistance switching in an anti-serially connected Pt/TiO2/Pt structure for improved reliability / K. M. Kim, S. Han, C. S. Hwang. // Nanotechnology. — 2012. — T. 23. — № 3.

[40] Goux, L. Coexistence of the bipolar and unipolar resistive-switching modes in NiO cells made by thermal oxidation of Ni layers / L. Goux, J. G. Lisoni, M. Jurczak, D. J. Wouters, L. Courtade, C. Muller. // Journal of Applied Physics. — 2010. — T. 107. — № 2.

[41] Ielmini, D. Physical models of size-dependent nanofilament formation and rupture in NiO resistive switching memories / D. Ielmini, F. Nardi, C. Cagli. // Nanotechnology. — 2011. — T. 22. — № 25.

[42] Ielmini, D. Size-Dependent Retention Time in NiO-Based Resistive-Switching Memories / D. Ielmini, F. Nardi, C. Cagli, A. L. Lacaita. // IEEE Electron Device Letters. — 2010. — T. 31. — № 4. — 353-355 c.

[43] Hur, J. H. Modeling for multilevel switching in oxide-based bipolar resistive memory / J. H. Hur, K. M. Kim, M. Chang, S. R. Lee, D. Lee, C. B. Lee, M. J. Lee, Y. B. Kim, C. J. Kim, U. I. Chung. // Nanotechnology. — 2012. — T. 23. — № 22.

[44] Gritsenko, V. A. Charge Transport and the Nature of Traps in Oxygen Deficient Tantalum Oxide / V. A. Gritsenko, T. V. Perevalov, V. A. Voronkovskii, A. A. Gismatulin, V. N. Kruchinin, V. S. Aliev, V. A. Pustovarov, I. P. Prosvirin, Y. Roizin. // ACS Applied Materials & Interfaces. — 2018. — T. 10. — № 4. — 3769-3775 c.

[45] Perevalov, T. V. Electronic structure and charge transport in nonstoichiometric tantalum oxide / T. V. Perevalov, V. A. Gritsenko, A. A. Gismatulin, V. A. Voronkovskii, A. K. Gerasimova, V. S. Aliev, I. A. Prosvirin. // Nanotechnology. — 2018. — T. 29. — № 26.

[46] Chen, A. Non-volatile resistive switching for advanced memory applications / A. Chen, S. Haddad, Y. C. Wu, T. N. Fang, Z. Lan, S. Avanzino, S. Pangrle, M. Buynoski, M. Rathor, W. D. Cai, N. Tripsas,

C. Bill, M. VanBuskirk, M. Taguchi. // IEEE International Electron Devices Meeting 2005, Technical Digest. — 2005. — 765-768 c.

[47] Goux, L. On the Gradual Unipolar and Bipolar Resistive Switching of TiN\HfO2\Pt Memory Systems / L. Goux, Y. Y. Chen, L. Pantisano, X. P. Wang, G. Groeseneken, M. Jurczak, D. J. Wouters. // Electrochemical and Solid State Letters. — 2010. — T. 13. — № 6. — G54-G56 c.

[48] Goux, L. Evidences of oxygen-mediated resistive-switching mechanism in TiN\HfO2\Pt cells / L. Goux, P. Czarnecki, Y. Y. Chen, L. Pantisano, X. P. Wang, R. Degraeve, B. Govoreanu, M. Jurczak,

D. J. Wouters, L. Altimime. // Applied Physics Letters. — 2010. — T. 97. — № 24.

[49] Park, W. I. Self-Assembly-Induced Formation of High-Density Silicon Oxide Memristor Nanostructures on Graphene and Metal Electrodes / W. I. Park, J. M. Yoon, M. Park, J. Lee, S. K. Kim, J. W. Jeong, K. Kim, H. Y. Jeong, S. Jeon, K. S. No, J. Y. Lee, Y. S. Jung. // Nano Letters. — 2012. — T. 12. — № 3. — 1235-1240 c.

[50] Mehonic, A. Resistive switching in silicon suboxide films / A. Mehonic, S. Cueff, M. Wojdak, S. Hudziak, O. Jambois, C. Labbe, B. Garrido, R. Rizk, A. J. Kenyon. // Journal of Applied Physics. — 2012. — T. 111. — № 7.

[51] Ben Jamaa, M. H. Fabrication of Memristors with Poly-Crystalline Silicon Nanowires / M. H. Ben Jamaa, S. Carrara, J. Georgiou, N. Archontas, G. De Micheli. // 2009 9th IEEE Conference on Nanotechnology (Ieee-Nano). — 2009. 152-154 c.

[52] Janousch, M. Role of oxygen vacancies in Cr-doped SrTiO3 for resistance-change memory / M. Janousch, G. I. Meijer, U. Staub, B. Delley, S. F. Karg, B. P. Andreasson. // Advanced Materials. — 2007. — T. 19. — № 17. — 2232 c.

[53] Sun, X. W. Coexistence of the bipolar and unipolar resistive switching behaviours in Au/SrTiO3/Pt cells / X. W. Sun, G. Q. Li, X. A. Zhang, L. H. Ding, W. F. Zhang. // Journal of Physics D-Applied Physics. — 2011. — T. 44. — № 12.

[54] Yang, J. J. Memristive devices for computing / J. J. Yang, D. B. Strukov, D. R. Stewart. // Nature Nanotechnology. — 2013. — Т. 8. — № 1. — 13-24 с.

[55] Egorov, K. V. In situ Control of Oxygen Vacancies in TaOx Thin Films via Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition for Resistive Switching Memory Applications / K. V. Egorov, D. S. Kuzmichev, P. S. Chizhov, Y. Y. Lebedinskii, C. S. Hwang, A. M. Markeev. // ACS Applied Materials & Interfaces. — 2017. — Т. 9. — № 15. — 13286-13292 с.

[56] Yao, J. In situ imaging of the conducting filament in a silicon oxide resistive switch / J. Yao, L. Zhong, D. Natelson, J. M. Tour. // Scientific Reports. — 2012. — Т. 2.

[57] Munde, M. S. Intrinsic Resistance Switching in Amorphous Silicon Suboxides: The Role of Columnar Microstructure / M. S. Munde, A. Mehonic, W. H. Ng, M. Buckwell, L. Montesi, M. Bosman, A. L. Shluger, A. J. Kenyon. // Scientific Reports. — 2017. — Т. 7.

[58] Mehonic, A. Intrinsic resistance switching in amorphous silicon oxide for high performance SiOx ReRAM devices / A. Mehonic, M. S. Munde, W. H. Ng, M. Buckwell, L. Montesi, M. Bosman, A. L. Shluger, A. J. Kenyon. // Microelectronic Engineering. — 2017. — Т. 178. — 98-103 с.

[59] Mikhaylov, A. N. Field- and irradiation-induced phenomena in memristive nanomaterials / A. N. Mikhaylov, E. G. Gryaznov, A. I. Belov, D. S. Korolev, A. N. Sharapov, D. V. Guseinov, D. I. Tetelbaum, S. V. Tikhov, N. V. Malekhonova, A. I. Bobrov, D. A. Pavlov, S. A. Gerasimova, V. B. Kazantsev, N. V. Agudov, A. A. Dubkov, C. M. M. Rosario, N. A. Sobolev, B. Spagnolo. // Physica Status Solidi C: Current Topics in Solid State Physics, Vol 13 No 10-12. — 2016. — Т. 13. — № 10-12. — 870-881 с.

[60] Wang, Y. F. Resistive switching mechanism in silicon highly rich SiOx (x < 0.75) films based on silicon dangling bonds percolation model / Y. F. Wang, X. Y. Qian, K. J. Chen, Z. H. Fang, W. Li, J. Xu. // Applied Physics Letters. — 2013. — Т. 102. — № 4. с.

[61] Zackriya, V. M. A Novel Read Scheme for Large Size One-Resistor Resistive Random Access Memory Array / V. M. Zackriya, H. M. Kittur, A. Chin. // Scientific Reports. — 2017. — Т. 7.

[62] Wang, Y. Z. Memory switching properties of e-beam evaporated SiOx on N++ Si substrate / Y. Z. Wang, Y. T. Chen, F. Xue, F. Zhou, Y. F. Chang, B. Fowler, J. C. Lee. // Applied Physics Letters. — 2012. — T. 100. — № 8.

[63] Mehonic, A. Quantum Conductance in Silicon Oxide Resistive Memory Devices / A. Mehonic, A. Vrajitoarea, S. Cueff, S. Hudziak, H. Howe, C. Labbe, R. Rizk, M. Pepper, A. J. Kenyon. // Scientific Reports. — 2013. — T. 3.

[64] Belov, A. I. Resistive switching in Au/SiOx/TiN/Ti memristive structures with varied geometric parameters and stoichiometry of dielectric film / A. I. Belov, A. N. Mikhaylov, D. S. Korolev, V. A. Sergeev, I. N. Antonov, O. N. Gorshkov, D. I. Tetelbaum. // Technical Physics Letters. — 2016. — T. 42. — № 5. — 505-508 c.

[65] Bell, F. G. Photoemission-Study of SiOx (0 Less-Than-or-Equal-to X Less-Than-or-Equal-to 2) Alloys / F. G. Bell, L. Ley. // Physical Review B. — 1988. — T. 37. — № 14. — 8383-8393 c.

[66] Zhang, W. L. Electroluminescence of as-sputtered silicon-rich SiOx films / W. L. Zhang, S. Zhang, M. Yang, Z. Liu, Z. H. Cen, T. P. Chen, D. P. Liu. // Vacuum. — 2010. — T. 84. — № 8. — 1043-1048 c.

[67] Yen, T. High Performance All Nonmetal SiNx Resistive Random Access Memory with Strong Process Dependence / T. Yen, A. Chin, V. Gritsenko. // Scientific Reports. — 2020. — T. 10. — № 1.

[68] Gritsenko, V. A. Nature of traps responsible for the memory effect in silicon nitride / V. A. Gritsenko, T. V. Perevalov, O. M. Orlov, G. Y. Krasnikov. // Applied Physics Letters. — 2016. — T. 109. — № 6.

[69] Kim, S. Fully Si compatible SiN resistive switching memory with large self-rectification ratio / S. Kim, S. Cho, B. G. Park. // Aip Advances. — 2016. — T. 6. — № 1.

[70] Kim, S. Understanding rectifying and nonlinear bipolar resistive switching characteristics in Ni/SiNx/p-Si memory devices / S. Kim, Y. F. Chang, B. G. Park. // Rsc Advances. — 2017. — T. 7. — № 29. — 17882-17888 c.

[71] Kim, S. Scaling Effect on Silicon Nitride Memristor with Highly Doped Si Substrate / S. Kim, S. Jung, M. H. Kim, Y. C. Chen, Y. F. Chang, K. C. Ryoo, S. Cho, J. H. Lee, B. G. Park. // Small. — 2018.

— Т. 14. — № 19.

[72] Gismatulin, A. A. Charge transport mechanism in SiNx-based memristor / A. A. Gismatulin, V. A. Gritsenko, T. J. Yen, A. Chin. // Applied Physics Letters. — 2019. — Т. 115. — № 25.

[73] Kim, S. Nano-cone resistive memory for ultralow power operation / S. Kim, S. Jung, M. H. Kim, T. H. Kim, S. Bang, S. Cho, B. G. Park. // Nanotechnology. — 2017. — Т. 28. — № 12. — 125207 с.

[74] Tikhov, S. V. Role of highly doped Si substrate in bipolar resistive switching of silicon nitride MIS-capacitors / S. V. Tikhov, A. N. Mikhaylov, A. I. Belov, D. S. Korolev, I. N. Antonov, V. V. Karzanov, O. N. Gorshkov, D. I. Tetelbaum, P. Karakolis, P. Dimitrakis. // Microelectronic Engineering. — 2018. — Т. 187. — 134-138 с.

[75] Chua, L. O.Memristor - the missing circuit element / L. O. Chua. // IEEE Transactions on Circuit Theory. — 1971. — Т. 18. — № 5. — 507-519 с.

[76] Ovshinsky, S. R.Citation Classic - Reversible Electrical Switching Phenomena in Disordered Structures / S. R. Ovshinsky. // Current Contents/Physical Chemical & Earth Sciences. — 1982. — № 10.

— 18 с.

[77] Feinleib, J. Rapid reversible light-induced crystallization of amorphous semiconductors / J. Feinleib, J. deNeufville, S. C. Moss, S. R. Ovshinsky. // Applied Physics Letters. — 1971. — Т. 18. — № 6. — 254 с.

[78] Hudgens, S. Overview of phase-change chalcogenide nonvolatile memory technology / S. Hudgens,

B. Johnson. // Mrs Bulletin. — 2004. — Т. 29. — № 11. — 829-832 с.

[79] Bruns, G. Nanosecond switching in GeTe phase change memory cells / G. Bruns, P. Merkelbach,

C. Schlockermann, M. Salinga, M. Wuttig, T. D. Happ, J. B. Philipp, M. Kund. // Applied Physics Letters.

— 2009. — Т. 95. — № 4.

[80] Suri, M. Physical aspects of low power synapses based on phase change memory devices / M. Suri, O. Bichler, D. Querlioz, B. Traore, O. Cueto, L. Perniola, V. Sousa, D. Vuillaume, C. Gamrat, B. DeSalvo. // Journal of Applied Physics. — 2012. — T. 112. — № 5.

[81] Kuzum, D. Nanoelectronic Programmable Synapses Based on Phase Change Materials for Brain-Inspired Computing / D. Kuzum, R. G. D. Jeyasingh, B. Lee, H. S. P. Wong. // Nano Letters. — 2012. — T. 12. — № 5. — 2179-2186 c.

[82] Suri, M. Phase Change Memory for Synaptic Plasticity Application in Neuromorphic Systems / M. Suri, V. Sousa, L. Perniola, D. Vuillaume, B. DeSalvo. // 2011 International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN). — 2011. — 619-624 c.

[83] Privitera, S. Amorphous-to-polyerystal transition in GeSbTe thin films / S. Privitera, C. Bongiorno, E. Rimini, R. Zonca, A. Pirovano, R. Bez. // Advanced Data Storage Materials and Characterization Techniques. — 2004. — T. 803. — 83-88 c.

[84] Ielmini, D. Recovery and drift dynamics of resistance and threshold voltages in phase-change memories / D. Ielmini, A. L. Lacaita, D. Mantegazza. // IEEE Transactions on Electron Devices. — 2007.

— T. 54. — № 2. — 308-315 c.

[85] Hirose, Y. Polarity-Dependent Memory Switching and Behavior of Ag Dendrite in Ag-Photodoped Amorphous As2s3 Films / Y. Hirose, H. Hirose. // Journal of Applied Physics. — 1976. — T. 47. — № 6.

— 2767-2772 c.

[86] Russo, U. Study of Multilevel Programming in Programmable Metallization Cell (PMC) Memory / U. Russo, D. Kamalanathan, D. Ielmini, A. L. Lacaita, M. N. Kozicki. // IEEE Transactions on Electron Devices. — 2009. — T. 56. — № 5. — 1040-1047 c.

[87] Kozicki, M. N. Nanoscale memory elements based on solid-state electrolytes / M. N. Kozicki, M. Park, M. Mitkova. // IEEE Transactions on Nanotechnology. — 2005. — T. 4. — № 3. — 331-338 c.

[88] Kund, M. Conductive bridging RAM (CBRAM): An emerging non-volatile memory technology scalable to sub 20nm / M. Kund, G. Beitel, C. U. Pinnow, T. Rohr, J. Schumann, R. Symanczyk,

K. D. Ufert, G. Muller. // Ieee International Electron Devices Meeting 2005, Technical Digest. — 2005. — 773-776 c.

[89] Waser, R. Electrochemical and Thermochemical Memories / R. Waser. // IEEE International Electron Devices Meeting 2008, Technical Digest. — 2008. — 289-292 c.

[90] Waser, R. Resistive non-volatile memory devices (Invited Paper) / R. Waser. // Microelectronic Engineering. — 2009. — T. 86. — № 7-9. — 1925-1928 c.

[91] Yang, Y. C. Observation of conducting filament growth in nanoscale resistive memories / Y. C. Yang, P. Gao, S. Gaba, T. Chang, X. Q. Pan, W. Lu. // Nature Communications. — 2012. — T. 3.

[92] Kozicki, M. N. Non-volatile memory based on solid electrolytes / M. N. Kozicki, C. Gopalan, M. Balakrishnan, M. Park, M. Mitkova. // 2004 Non-Volatile Memory Technology Symposium, Proceedings. — 2004. — 10-17 c.

[93] Kozicki, M. N. Programmable metallization cell memory based on Ag-Ge-S and Cu-Ge-S solid electrolytes / M. N. Kozicki, M. Balakrishnan, C. Gopalan, C. Ratnakumar, M. Mitkova. // 2005 NonVolatile Memory Technology Symposium, Proceedings. — 2005. — 83-89 c.

[94] Liu, Q. Real-Time Observation on Dynamic Growth/Dissolution of Conductive Filaments in Oxide-Electrolyte-Based ReRAM / Q. Liu, J. Sun, H. B. Lv, S. B. Long, K. B. Yin, N. Wan, Y. T. Li, L. T. Sun, M. Liu. // Advanced Materials. — 2012. — T. 24. — № 14. — 1844-1849 c.

[95] Sakamoto, T. Nanometer-scale switches using copper sulfide / T. Sakamoto, H. Sunamura, H. Kawaura, T. Hasegawa, T. Nakayama, M. Aono. // Applied Physics Letters. — 2003. — T. 82. — № 18. — 3032-3034 c.

[96] Hasegawa, T. Atomic Switch: Atom/Ion Movement Controlled Devices for Beyond Von-Neumann Computers / T. Hasegawa, K. Terabe, T. Tsuruoka, M. Aono. // Advanced Materials. — 2012. — T. 24. — № 2. — 252-267 c.

[97] Valov, I. Electrochemical metallization memories-fundamentals, applications, prospects / I. Valov, R. Waser, J. R. Jameson, M. N. Kozicki. // Nanotechnology. — 2011. — T. 22. — № 25.

[98] Bruchhaus, R. Selection of Optimized Materials for CBRAM Based on HT-XRD and Electrical Test Results / R. Bruchhaus, M. Honal, R. Symanczyk, M. Kund. // Journal of the Electrochemical Society. — 2009. — T. 156. — № 9. — H729-H733 c.

[99] Stratan, I. A programmable metallization cell based on Ag-As2S3 / I. Stratan, D. Tsiulyanu, I. Eisele. // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. — 2006. — T. 8. — № 6. — 2117-2119 c.

[100] Guo, X. Understanding the switching-off mechanism in Ag+ migration based resistively switching model systems / X. Guo, C. Schindler. // Applied Physics Letters. — 2007. — T. 91. — № 13. c.

[101] Lu, W. Electrochemical metallization cells-blending nanoionics into nanoelectronics? / W. Lu, D. S. Jeong, M. Kozicki, R. Waser. // Mrs Bulletin. — 2012. — T. 37. — № 2. — 124-130 c.

[102] Sakamoto, T. Electronic transport in Ta2O5 resistive switch / T. Sakamoto, K. Lister, N. Banno, T. Hasegawa, K. Terabe, M. Aono. // Applied Physics Letters. — 2007. — T. 91. — № 9.

[103] Haemori, M. Impact of Cu Electrode on Switching Behavior in a Cu/HfO2/Pt Structure and Resultant Cu Ion Diffusion / M. Haemori, T. Nagata, T. Chikyow. // Applied Physics Express. — 2009. — T. 2. — № 6.

[104] Kaeriyama, S. A nonvolatile programmable solid-electrolyte nanometer switch / S. Kaeriyama, T. Sakamoto, H. Sunamura, M. Mizuno, H. Kawaura, T. Hasegawa, K. Terabe, T. Nakayama, M. Aono. // Ieee Journal of Solid-State Circuits. — 2005. — T. 40. — № 1. — 168-176 c.

[105] Gopalan, C. Demonstration of Conductive Bridging Random Access Memory (CBRAM) in logic CMOS process / C. Gopalan, Y. Ma, T. Gallo, J. Wang, E. Runnion, J. Saenz, F. Koushan, P. Blanchard, S. Hollmer. // Solid-State Electronics. — 2011. — T. 58. — № 1. — 54-61 c.

[106] Dietrich, S. A nonvolatile 2-Mbit CBRAM memory core featuring advanced read and program control / S. Dietrich, M. Angerbauer, M. Ivanov, D. Gogl, H. Hoenigschmid, M. Kund, C. Liaw, M. Marker!, R. Symanczyk, L. Altimime, S. Bournat, G. Mueller. // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 2007. — T. 42. — № 4. — 839-845 c.

[107] Symanczyk, R. Electrical characterization of solid state ionic memory elements. / R. Symanczyk, M. Balakrishnan, C. Gopalan, T. Happ, M. Kozicki, M. Kund, T. Mikolajick, M. Mitkova, M. Park, C.-

U. Pinnow, J. Robertson, K.-D. Ufert. // Proceedings of the 2003 Non-Volatile Memory Technology Symposium 17-1 — 2003.

[108] Miao, F. Anatomy of a Nanoscale Conduction Channel Reveals the Mechanism of a HighPerformance Memristor / F. Miao, J. P. Strachan, J. J. Yang, M. X. Zhang, I. Goldfarb, A. C. Torrezan, P. Eschbach, R. D. Kelley, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams. // Advanced Materials. — 2011. — T. 23.

— № 47. — 5633-5640 c.

[109] Pickett, M. D. Coexistence of Memristance and Negative Differential Resistance in a Nanoscale Metal-Oxide-Metal System / M. D. Pickett, J. Borghetti, J. J. Yang, G. Medeiros-Ribeiro, R. S. Williams. // Advanced Materials. — 2011. — T. 23. — № 15. — 1730 c.

[110] Yoshida, C. High speed resistive switching in Pt/TiO2/TiN film for nonvolatile memory application / C. Yoshida, K. Tsunoda, H. Noshiro, Y. Sugiyama. // Applied Physics Letters. — 2007. — T. 91. — № 22.

[111] Wei, Z. Highly Reliable TaOx ReRAM and Direct Evidence of Redox Reaction Mechanism / Z. Wei, Y. Kanzawa, K. Arita, Y. Katoh, K. Kawai, S. Muraoka, S. Mitani, S. Fujii, K. Katayama, M. Iijima, T. Mikawa, T. Ninomiya, R. Miyanaga, Y. Kawashima, K. Tsuji, A. Himeno, T. Okada, R. Azuma, K. Shimakawa, H. Sugaya, I. Takagi, R. Yasuhara, K. Horiba, H. Kumigashira, M. Oshima. // IEEE International Electron Devices Meeting 2008, Technical Digest. — 2008. — 293 c.

[112] Lee, M. J. Electrical Manipulation of Nanofilaments in Transition-Metal Oxides for Resistance-Based Memory / M. J. Lee, S. Han, S. H. Jeon, B. H. Park, B. S. Kang, S. E. Ahn, K. H. Kim, C. B. Lee, C. J. Kim, I. K. Yoo, D. H. Seo, X. S. Li, J. B. Park, J. H. Lee, Y. Park. // Nano Letters. — 2009. — T. 9.

— № 4. — 1476-1481 c.

[113] Chen, Y. S. Highly Scalable Hafnium Oxide Memory with Improvements of Resistive Distribution and Read Disturb Immunity / Y. S. Chen, H. Y. Lee, P. S. Chen, P. Y. Gu, C. W. Chen, W. P. Lin, W. H. Liu, Y. Y. Hsu, S. S. Sheu, P. C. Chiang, W. S. Chen, F. T. Chen, C. H. Lien, M. J. Tsai. // 2009 IEEE International Electron Devices Meeting. — 2009. — 95 c.

[114] Lee, M. J. A fast, high-endurance and scalable non-volatile memory device made from asymmetric Ta2O5-x/TaO2-x bilayer structures / M. J. Lee, C. B. Lee, D. Lee, S. R. Lee, M. Chang, J. H. Hur, Y. B. Kim, C. J. Kim, D. H. Seo, S. Seo, U. I. Chung, I. K. Yoo, K. Kim. // Nature Materials. — 2011. — T. 10.

— № 8. — 625-630 c.

[115] Baek, I. G. Highly scalable nonvolatile resistive memory using simple binary oxide driven by asymmetric unipolar voltage pulses. / I. G. Baek // IEDM Technical Digest. IEEE International Electron Devices Meeting, — 2004 — 587-590 c.

[116] Jo, S. H. Programmable Resistance Switching in Nanoscale Two-Terminal Devices / S. H. Jo, K. H. Kim, W. Lu. // Nano Letters. — 2009. — T. 9. — № 1. — 496-500 c.

[117] Jo, S. H. CMOS compatible nanoscale nonvolatile resistance, switching memory / S. H. Jo, W. Lu. // Nano Letters. — 2008. — T. 8. — № 2. — 392-397 c.

[118] Yao, J. Resistive Switches and Memories from Silicon Oxide / J. Yao, Z. Z. Sun, L. Zhong, D. Natelson, J. M. Tour. // Nano Letters. — 2010. — T. 10. — № 10. — 4105-4110 c.

[119] Hickmott, T. W. Low-Frequency Negative Resistance in Thin Anodic Oxide Films / T. W. Hickmott. // Journal of Applied Physics. — 1962. — T. 33. — № 9. — 2669 c.

[120] Pearson, A. D. Filamentary conduction in semiconducting glass diodes / A. D. Pearson, C. E. Miller. // Applied Physics Letters. — 1969. — T. 14. — № 9. — 280 c.

[121] Dearnaley, G. Electrical phenomena in amorphous oxide films / G. Dearnaley, A. M. Stoneham, D. V. Morgan. // Reports on Progress in Physics. — 1970. — T. 33. — № 3. — 1129 c.

[122] Yao, J. Silicon Oxide: A Non-innocent Surface for Molecular Electronics and Nanoelectronics Studies / J. Yao, L. Zhong, D. Natelson, J. M. Tour. // Journal of the American Chemical Society. — 2011.

— T. 133. — № 4. — 941-948 c.

[123] Chang, Y. F. Study of polarity effect in SiOx-based resistive switching memory / Y. F. Chang, P. Y. Chen, Y. T. Chen, F. Xue, Y. Z. Wang, F. Zhou, B. Fowler, J. C. Lee. // Applied Physics Letters. — 2012. — T. 101. — № 5.

[124] Xia, G. Y. Direct observation of resistive switching memories behavior from nc-Si embedded in SiO2 at room temperature / G. Y. Xia, Z. Y. Ma, X. F. Jiang, H. F. Yang, J. Xu, L. Xu, W. Li, K. J. Chen, D. Feng. // Journal of Non-Crystalline Solids. — 2012. — T. 358. — № 17. — 2348-2352 c.

[125] Wang, Y. F. The x dependent two kinds of resistive switching behaviors in SiOx films with different x component / Y. F. Wang, K. J. Chen, X. Y. Qian, Z. H. Fang, W. Li, J. Xu. // Applied Physics Letters. — 2014. — T. 104. — № 1.

[126] Liu, C. Y. Unipolar resistive switching in a transparent ITO/SiOx/ITO sandwich fabricated at room temperature / C. Y. Liu, Y. R. Shih, S. J. Huang. // Solid State Communications. — 2013. — T. 159. — 13-17 c.

[127] Li, C. Low voltage resistive switching devices based on chemically produced silicon oxide / C. Li, H. Jiang, Q. F. Xia. // Applied Physics Letters. — 2013. — T. 103. — № 6.

[128] Shang, D. S. Asymmetric fatigue and its endurance improvement in resistance switching of Ag-La0.7Ca0.3MnO3-Pt heterostructures / D. S. Shang, L. D. Chen, Q. Wang, Z. H. Wu, W. Q. Zhang, X. M. Li. // Journal of Physics D-Applied Physics. — 2007. — T. 40. — № 17. — 5373-5376 c.

[129] Mehonic, A. Silicon Oxide (SiOx): A Promising Material for Resistance Switching? / A. Mehonic, A. L. Shluger, D. Gao, I. Valov, E. Miranda, D. Ielmini, A. Bricalli, E. Ambrosi, C. Li, J. J. Yang, Q. F. Xia, A. J. Kenyon. // Advanced Materials. — 2018. — T. 30. — № 43.

[130] Jiang, X. F. a-SiNx: H-based ultra-low power resistive random access memory with tunable Si dangling bond conduction paths / X. F. Jiang, Z. Y. Ma, J. Xu, K. J. Chen, L. Xu, W. Li, X. F. Huang, D. Feng. // Scientific Reports. — 2015. — T. 5.

[131] Kim, S. Analog Synaptic Behavior of a Silicon Nitride Memristor / S. Kim, H. Kim, S. Hwang, M. H. Kim, Y. F. Chang, B. G. Park. // ACS Applied Materials & Interfaces. — 2017. — T. 9. — № 46.

— 40420-40427 c.

[132] Kim, S. Tuning tunnel barrier in Si3N4-based resistive memory embedding SiO2 for low-power and high-density cross-point array applications / S. Kim, B. G. Park. // Journal of Alloys and Compounds.

— 2016. — T. 663. — 256-261 c.

[133] Jiang, X. F. Nanocrystalline Si pathway induced unipolar resistive switching behavior from annealed Si-rich SiNx/SiNy multilayers / X. F. Jiang, Z. Y. Ma, H. F. Yang, J. Yu, W. Wang, W. P. Zhang, W. Li, J. Xu, L. Xu, K. J. Chen, X. F. Huang, D. Feng. // Journal of Applied Physics. — 2014. — T. 116. — № 12.

[134] Chang, Y. F. Understanding the resistive switching characteristics and mechanism in active SiOx-based resistive switching memory / Y. F. Chang, P. Y. Chen, B. Fowler, Y. T. Chen, F. Xue, Y. Z. Wang, F. Zhou, J. C. Lee. // Journal of Applied Physics. — 2012. — T. 112. — № 12.

[135] Mott, N. F. Electronic Processes in Ionic Crystals / N. F. Mott, R. W. Gurney. // J. Phys. Chem. — 1941. — T. 45. — № 7. — 1142-1142 c.

[136] Lampert, M. A. Simplified Theory of Space-Charge-Limited Currents in an Insulator with Traps / M. A. Lampert. // Phys. Rev. — 1956. — T. 103.

[137] Murgatroyd, P. N. Theory of space-charge-limited current enhanced by Frenkel effect / P. N. Murgatroyd. // Journal of Physics D: Applied Physics. — 1970. — T. 3. — № 2. — 151-156 c.

[138] Chang, Y. F. Intrinsic SiOx-based unipolar resistive switching memory. I. Oxide stoichiometry effects on reversible switching and program window optimization / Y. F. Chang, B. Fowler, Y. C. Chen, Y. T. Chen, Y. Z. Wang, F. Xue, F. Zhou, J. C. Lee. // Journal of Applied Physics. — 2014. — T. 116. — № 4.

[139] Zhang, L. J. Unipolar TaOx-Based Resistive Change Memory Realized With Electrode Engineering / L. J. Zhang, R. Huang, M. H. Zhu, S. Q. Qin, Y. B. Kuang, D. J. Gao, C. Y. Shi, Y. Y. Wang. // IEEE Electron Device Letters. — 2010. — T. 31. — № 9. — 966-968 c.

[140] Chang, Y. F. Oxygen-induced bi-modal failure phenomenon in SiOx-based resistive switching memory / Y. F. Chang, L. Ji, Z. J. Wu, F. Zhou, Y. Z. Wang, F. Xue, B. Fowler, E. T. Yu, P. S. Ho, J. C. Lee. // Applied Physics Letters. — 2013. — T. 103. — № 3.

[141] Jiang, H. Bias-polarity-dependent resistance switching in W/SiO2/Pt and W/SiO2/Si/Pt structures / H. Jiang, X. Y. Li, R. Chen, X. L. Shao, J. H. Yoon, X. W. Hu, C. S. Hwang, J. S. Zhao. // Scientific Reports. — 2016. — T. 6.

[142] Liu, C. Y. Resistive Switching Characteristics of a SiOx Layer with CF4 Plasma Treatment / C. Y. Liu, Y. Y. Tsai, W. T. Fang, H. Y. Wang. // Journal of Nanomaterials. — 2014. — Т. 2014.

[143] Kimmel, A. V. Positive and Negative Oxygen Vacancies in Amorphous Silica / A. V. Kimmel, P. V. Sushko, A. L. Shluger, G. Bersuker. // Silicon Nitride, Silicon Dioxide, and Emerging Dielectrics 10.

— 2009. — Т. 19. — № 2. — 3 с.

[144] Vandelli, L. A Physical Model of the Temperature Dependence of the Current Through SiO2/HfO2 Stacks / L. Vandelli, A. Padovani, L. Larcher, R. G. Southwick, W. B. Knowlton, G. Bersuker. // IEEE Transactions on Electron Devices. — 2011. — Т. 58. — № 9. — 2878-2887 с.

[145] Padovani, A. A microscopic mechanism of dielectric breakdown in SiO2 films: An insight from multi-scale modeling / A. Padovani, D. Z. Gao, A. L. Shluger, L. Larcher. // Journal of Applied Physics.

— 2017. — Т. 121. — № 15.

[146] Аверкин, С. Н. Разработка низкотемпературных плазмохимических процессов и серии плазменных установок для микро- и нанотехнологий / С. Н. Аверкин, К. А. Валиев, А. В. Мяконьких, А. А. Орликовский, К. В. Руденко, А. А. Рылов, Я. Н. Суханов, И. А. Тюрин, А. В. Фадеев, А. Е. Юрков. // Труды Физико-Технологического Института РАН. — 2005. — Т. 18. — 121-137 с.

[147] Moulder, J. F. Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy / J. F. Moulder, W. F. Stickle, P. E. Sobol, K. D. Bomben; Ed. Chastain J. — Eden Prairie, Minnesota, USA: Perkin-Elmer Corporation, 1992.

[148] Scofield, J. H. Hartree-Slater subshell photoionization cross-sections at 1254 and 1487 eV / J. H. Scofield. // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. — 1976. — Т. 8. — № 2. — 129-137 с.

[149] Hui, F. Graphene and Related Materials for Resistive Random Access Memories / F. Hui, E. Grustan-Gutierrez, S. B. Long, Q. Liu, A. K. Ott, A. C. Ferrari, M. Lanza. // Advanced Electronic Materials. — 2017. — Т. 3. — № 8. с.

[150] Lee, H. Y. Low Power and High Speed Bipolar Switching with A Thin Reactive Ti Buffer Layer in Robust HfO2 Based RRAM / H. Y. Lee, P. S. Chen, T. Y. Wu, Y. S. Chen, C. C. Wang, P. J. Tzeng,

C. H. Lin, F. Chen, C. H. Lien, M. J. Tsai. // IEEE International Electron Devices Meeting 2008, Technical Digest. — 2008.— 297 c.

[151] Shi, Y. Coexistence of volatile and non-volatile resistive switching in 2D h-BN based electronic synapses / Y. Shi, C. Pan, V. Chen, N. Raghavan, K. L. Pey, F. M. Puglisi, E. Pop, H. S. P. Wong, M. Lanza. // 2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM). — 2017.

[152] Uppal, H. J. Breakdown and degradation of ultrathin Hf-based (HfO2)(x)(SiO2)(1-x) gate oxide films / H. J. Uppal, I. Z. Mitrovic, S. Hall, B. Hamilton, V. Markevich, A. R. Peaker. // Journal of Vacuum Science & Technology B. — 2009. — T. 27. — № 1. — 443-447 c.

[153] Lanza, M. Combined Nanoscale and Device-Level Degradation Analysis of SiO(2) Layers of MOS Nonvolatile Memory Devices / M. Lanza, M. Porti, M. Nafria, X. Aymerich, A. Sebastiani, G. Ghidini, A. Vedda, M. Fasoli. // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. — 2009. — T. 9. — № 4. — 529-536 c.

[154] Chen, Y. Y. Improvement of data retention in HfO2/Hf 1T1R RRAM cell under low operating current / Y. Y. Chen, M. Komura, R. Degraeve, B. Govoreanu, L. Goux, A. Fantini, N. Raghavan, S. Clima, L. Q. Zhang, A. Belmonte, A. Redolfi, G. S. Kar, G. Groeseneken, D. J. Wouters, M. Jurczak. // 2013 Ieee International Electron Devices Meeting (IEDM). — 2013.

[155] Chen, Y. Y. Endurance/Retention Trade-off on HfO2/Metal Cap 1T1R Bipolar RRAM / Y. Y. Chen, L. Goux, S. Clima, B. Govoreanu, R. Degraeve, G. S. Kar, A. Fantini, G. Groeseneken, D. J. Wouters, M. Jurczak. // IEEE Transactions on Electron Devices. — 2013. — T. 60. — № 3. — 1114-1121 c.

[156] Lenzliger, M. Fowler-Nordheim Tunneling into Thermally Grown SiO2 / M. Lenzliger, E. H. Snow. // Journal of Applied Physics. — 1969. — T. 40. — № 1. — 278-283 c.

[157] Murphy, E. L. Thermionic Emission, Field Emission, and the Transition Region / E. L. Murphy, R. H. J. Good. // Phys. Rev. — 1956. — T. 102. — 1464-1473 c.

[158] Roberts, G. G. Thermally assisted tunneling in dielectric films / G. G. Roberts, J. I. Polango. // Phys. Stat. Sol. (a). — 1970. — T. 1.

[159] Jensena, K. L. General formulation of thermal, field, and photoinduced electron emission / K. L. Jensena. // Journal of Applied Physics. — 2007. — Т. 102. — № 2.

[160] Islamov, D. R. Charge Transport in Thin Hafnium and Zirconium Oxide Films / D. R. Islamov, V. A. Gritsenko, A. Chin. // Optoelectronics Instrumentation and Data Processing. — 2017. — Т. 53. — № 2. — 184-189 с.

[161] Я. И. Френкель. К теории электрического пробоя в диэлектрических и электронных полупроводниках / Я. И. Френкель. // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. — 1938. — Т. 8. — № 12. — 1292-1301 с.

[162] Frenkel, J. On pre-breakdown phenomena in insulators and electronic semiconductors / J. Frenkel. // Physical Review B. — 1938. — Т. 54. — 647 с.

[163] Hill, R. M. Poole-Frenkel conduction in amorphous solids / R. M. Hill. // The Philosophical Magazine. — 1971. — Т. 23. — № 181. — 59-86 с.

[164] Adachi, H. On electronic conduction through evaporated silicon oxide films / H. Adachi, Y. Shibata, S. Ono. // Journal of Physics D: Applied Physics. — 1971. — Т. 4. — № 7. — 988-994 с.

[165] Шкловский, Б. И. Перколяционная электропроводность в сильных электрических полях / Б. И.Шкловский, // ФТП — 1979. — Т. 13. — № 1. — 93-96 с.

[166] Шкловский, Б. И. Теория протекания и проводимость сильно неоднородных сред / Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. // УФН. — 1975. — Т. 117. — № 3. — 401-435 с.

[167] Makram-Ebeid, S. S. Quantum model for phonon-assisted tunnel ionization of deep levels in a semiconductor / S. S. Makram-Ebeid, M. Lannoo. // Physical Review B. — 1982. — Т. 25. — 6406 с.

[168] Ганичев, С. Д. Ионизация глубоких примесных центров дальним инфракрасным излучением / С. Д. Ганичев, И. Н. Яссиевич, В. Преттл. // Физика твердого тела. — 1997. — Т. 39. — № 11. — 1905-1932 с.

[169] Насыров, К. А. Перенос заряда в диэлектриках туннелированием между ловушками / К. А. Насыров, В. А. Гриценко. // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. — 2011. — Т. 139. — № 6. — 1172-1181 с.

[170] Nasyrov, K. A. Charge transport in dielectrics via tunneling between traps / K. A. Nasyrov, V. A. Gritsenko. // Journal of Applied Physics. — 2011. — Т. 109. — № 9.

[171] Ламперт, М. Инжекционные токи в твердых телах. / М. Ламперт, П. Марк, перевод с анг. Розенталь А.И., Парицкий Л.Г., Рывкин С.М., под ред. Телеснин Н.Л. — Москва: Издательство Мир, 1973.

[172] Гриценко, В. А. Способ изготовления активного слоя для универсальной памяти на основе резистивного эффекта:патент / В. А. Гриценко, В. С. Алиев, Д. Р. Исламов, В. А. Воронковский. — Российская Федерация RU 2 611 580 C1, — 2017.

[173] Fowler, R. H. Electron Emission in Intense Electric Fields / R. H. Fowler, L. Nordheim. // Proceedings of the Royal Society A. — 1928. — Т. 119. — 173-181 с.

[174] Gritsenko, V. A. Thermally assisted hole tunneling at the Au-Si3N4 interface and the energy-band diagram of metal-nitride-oxide-semiconductor structures / V. A. Gritsenko, E. E. Meerson, Y. N. Morokov. // Physical Review B. — 1998. — Т. 57. — № 4. — R2081-R2083 с.

[175] Chang, T. C. Resistance random access memory / T. C. Chang, K. C. Chang, T. M. Tsai, T. J. Chu, S. M. Sze. // Materials Today. — 2016. — Т. 19. — № 5. — 254-264 с.

[176] V. A. Voronkovskii, V. S. Allev, A. K. Gerasimova, D. R. Islamov. Conduction mechanisms of TaN/HfOx/Ni memristors / V. A. Voronkovskii, V. S. Allev, A. K. Gerasimova, D. R. Islamov. // Materials Research Express. — 2019. — Т. 6. — № 7. — 076411 с.

[177] Shaposhnikov, A. V. Electronic band structure and effective masses of electrons and holes in the alpha and beta phases of silicon nitride / A. V. Shaposhnikov, I. P. Petrov, V. A. Gritsenko, C. W. Kim. // Physics of the Solid State. — 2007. — Т. 49. — № 9. — 1628-1632 с.

[178] Hattori, R. Longitudinal Electron-Drift Mobility of Hydrogenated Amorphous-Silicon SiliconNitride Multilayer Structures Revealed by Time-of-Flight Measurements / R. Hattori, J. Shirafuji. // Applied Physics Letters. — 1989. — Т. 54. — № 12. — 1118-1120 с.

[179] Kim, S. Resistive switching characteristics of Si3N4-based resistive-switching random-access memory cell with tunnel barrier for high density integration and low-power applications / S. Kim, S. Jung, M. H. Kim, S. Cho, B. G. Park. // Applied Physics Letters. — 2015. — T. 106. — № 21.