Zuverlässige Kontrolle der Filamentbildung in resistiven Speichern durch selbstorganisierte Nanoisolatoren aus einem Blockcopolymer

Resistive Random Access Memory (ReRAM) ist ein vielversprechender Kandidat für zukünftige nichtflüchtige Speichermedien. Der resistive Schaltvorgang in einer Metall-Isolator-Metall-Struktur wird allgemein als Ergebnis der Ausbildung/Unterbrechung nanoskaliger leitfähiger Filamente (CFs) unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes angesehen. Ein kritisches Problem von ReRAM für praktische Speicheranwendungen ist jedoch die unzureichende Wiederholbarkeit der Betriebsspannung und des Widerstandsverhältnisses. Hier präsentieren wir einen innovativen Ansatz zur zuverlässigen und reproduzierbaren Kontrolle des CF-Wachstums in unipolarem NiO-resistivem Speicher durch die Ausnutzung der einheitlichen Bildung von isolierenden SiOx-Nanostrukturen aus der Selbstorganisation eines Si-haltigen Blockcopolymers. Auf diese Weise wurde die Standardabweichung (SD) der Setz- und Rücksetzspannungen um 76,9 % bzw. 59,4 % deutlich reduziert. Auch die SD des Widerstands im hochresistenten Zustand nahm signifikant ab, von 6,3 × 10(7) Ω auf 5,4 × 10(4) Ω. Darüber hinaus berichten wir von direkten Beobachtungen der lokalisierten Bildung metallischer Ni-CFs und deren kontrollierbarem Wachstum mittels Elektronenmikroskopie und diskutieren elektrothermische Simulationsresultate auf Basis der Finite-Elemente-Methode, die unsere Analyseergebnisse unterstützen.