HfO₂/メタルキャップ1T1RバイポーラRRAMにおける耐久性/保持性のトレードオフ

1T1R構成におけるHfO₂/メタルキャップRRAMデバイスの耐久性/保持性の性能は、メタルキャップに依存します。HfおよびTiキャップでは、HfO₂から酸素を抽出する強い熱力学的能力を有し、長脈衝耐久性（>10¹⁰サイクル）が達成可能です。Taキャップでは、HfO₂から酸素を抽出する熱力学的能力が低いため、より良い保持性を達成できます。したがって、40 nm × 40 nmのHfO₂/メタルキャップバイポーラRRAMデバイスにおいて耐久性/保持性のトレードオフが確認されました。耐久性/保持性の性能のトレードオフは、量子ポイントコンタクトモデルにおけるI-V曲線のフィッティングから導かれるメタルキャップ層に依存する異なるフィラメント収縮形状によって説明できます。このフィラメント収縮形状の違いは、メタルキャップの熱力学的な違いに起因します：HfおよびTiは、TaよりもHfO₂から酸素を抽出する際に強い熱力学的能力を持っています。キャップ材料を変えることで内因的な信頼性性能を調整する可能性は、RRAMデバイスの動作を望ましい仕様に最適化する道を開きます。