Effect of Top Electrode Materials on Switching Characteristics and Endurance Properties of Zinc Oxide Based RRAM Device

Abstract

У роботі повідомляється про вплив матеріалів верхнього електрода, тобто Al, Ag та Ti, на комутаційні характеристики резистивних пристроїв пам'яті з випадковим доступом (RRAM) на основі тонкої плівки оксиду цинку (ZnO). Пристрої RRAM зі структурою електрода Si/Pt/Ti/ZnO/Top (Al або Ag або Ti) були успішно виготовлені, і були виміряні їх комутаційні характеристики. Структурні властивості тонкої плівки оксиду металу ZnO вивчалися з використанням рентгенівського дифрактометра (XRD), атомно-силової мікроскопії (AFM) та скануючого електронного мікроскопа (SEM). Комутаційні характеристики виготовлених пристроїв визначали за допомогою кривих I-V, які отримували за допомогою напівпровідникового аналізатора параметрів. Було помічено, що виготовлені пристрої виявляли біполярні властивості. Структура Si/Pt/Ti/ZnO/Ag показала найкращу витривалість до 10^3 циклів. Крім того, вимірювання утримуючих властивостей при кімнатній температурі проводилося також для структурованого пристрою Si/Pt/Ti/ZnO/Ag, що підтверджує енергонезалежні властивості вироблених пристроїв. Співвідношення станів низького опору (LRS) та високого опору (HRS) було встановлено максимальним для верхнього електрода Ag до 10^2. Помічено, що струми LRS та HRS пристрою не погіршуються до 10^4 с.This work reports the effect of top electrode materials, i.e., Al, Ag, and Ti on the switching characteristics of resistive random access memory (RRAM) devices based on zinc oxide (ZnO) thin film. The RRAM devices with Si/Pt/Ti/ZnO/Top electrode (Al or Ag or Ti) structure were successfully fabricated, and their switching characteristics were measured. The structural properties of ZnO metal oxide thin film were studied using X-ray diffractometer (XRD), atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscope (SEM). The switching characteristics of the fabricated devices were measured with the help of I-V curves, which were measured using semiconductor parameter analyzer. It has been observed that the manufactured devices have exhibited bipolar properties. The Si/Pt/Ti/ZnO/Ag structure has shown the best endurance up to 10^3 cycles. Further, the measurement of retention properties at room temperature was also done for Si/Pt/Ti/ZnO/Ag structured device, which confirms the non-volatile properties of the obtained devices. The ratio of low resistance state (LRS) and high resistance state (HRS) was found maximum for Ag top electrode up to 10^2. It has been observed that LRS and HRS currents of the device do not degrade up to 10^4 s.