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Jun 09, 2023

npj 2D Materials and Applications volume 5, Numéro d'article : 1 (2021) Citer cet article

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Détails des métriques

Les memristors de pointe sont principalement constitués d'une structure verticale métal-isolant-métal (MIM), qui repose sur la formation de filaments conducteurs pour la commutation résistive (RS). Cependant, en raison de la formation stochastique du filament, la tension de réglage/réinitialisation des memristors MIM verticaux est difficile à contrôler, ce qui entraîne une mauvaise uniformité de commutation temporelle et spatiale. Ici, un memristor latéral à deux bornes basé sur du disulfure de rhénium (ReS2) irradié par un faisceau électronique est réalisé, qui dévoile un mécanisme de commutation résistif basé sur la modulation de la hauteur de barrière Schottky (SBH). Les dispositifs présentent une caractéristique RS graduelle et stable, sans formation, et atteignent simultanément une faible variation de tension de transition pendant les balayages positifs et négatifs (6,3 %/5,3 %). Le RS est attribué au mouvement des lacunes de soufre induit par la polarisation de tension dans le dispositif, qui module le SBH ReS2/métal. La modulation progressive SBH stabilise la variation temporelle contrairement au RS abrupt dans les memristors basés sur MIM. De plus, l'émulation de la plasticité synaptique à long terme des synapses biologiques est démontrée à l'aide du dispositif, manifestant ainsi son potentiel en tant que synapse artificielle pour les applications informatiques neuromorphiques économes en énergie.

Les memristors ont fait l'objet de nombreuses recherches et sont considérés comme l'un des candidats synapses artificielles pour l'informatique neuromorphique1,2,3,4,5,6. Parmi ces memristors, les mécanismes de commutation reposent principalement sur la formation de filaments conducteurs dans les couches isolantes, comme le mécanisme de changement de valence (VCM) et la métallisation électrochimique (ECM)7. Pour les dispositifs basés sur le VCM, le changement de conductance est induit par la migration d'anions vacants, tels que les lacunes d'oxygène8,9,10,11. Cependant, en raison de la distribution aléatoire des anions vacants dans l’isolant, la formation de filament anionique est un processus stochastique7,12,13. La commutation résistive (RS) des dispositifs ECM est provoquée par le mouvement et la métallisation des cations métalliques d'électrode actifs, tels que Ag+ (réf. 14, 15, 16). Cependant, ces cations métalliques hautement mobiles sont difficiles à contrôler lors des étapes d'électroformage en raison de la stochasticité du chemin de migration de ces cations7,13,17. En tant que tel, pour les dispositifs basés sur VCM et ECM, la variation temporelle (cycle à cycle) est inévitable en raison de la formation aléatoire et de la rupture des filaments conducteurs. Pour surmonter ce problème, Choi et al. a démontré une mémoire épitaxiale à accès aléatoire (epiRAM) basée sur du SiGe18 monocristallin. L'epiRAM a obtenu une faible variation de tension de consigne en raison du confinement des filaments d'Ag et un contrôle précis de la densité de dislocation. Cependant, le dispositif ne peut toujours pas éviter une variation temporelle lors de l'éradication du filament. Ainsi, la recherche d’un mécanisme de commutation non filamentaire est essentielle pour contrôler la variation cycle à cycle. De plus, la température de croissance élevée de l’épitaxie par jets moléculaires (MBE) ne convient pas à l’intégration d’une telle épiRAM avec la technologie des semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS)14. En termes de compatibilité en fin de ligne (BEOL), les matériaux bidimensionnels (2D) apparaissent comme des choix alternatifs en raison du développement de la croissance de matériaux 2D à basse température par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et des matériaux 2D à grande échelle. transfert de technologie19,20,21,22,23.

De nombreux memristors verticaux basés sur des matériaux 2D et leurs dérivés ont été démontrés. Certaines de ces couches de commutation sont constituées de matériaux 2D purs (par exemple MoS2, hBN, WSe2) et les mécanismes de commutation sont basés sur des défauts natifs dans les matériaux (par exemple des lacunes en soufre et des lacunes en bore) et la formation de filaments métalliques actifs (par exemple Ag, Ti et Cu)24,25,26,27. La plasticité synaptique à court et à long terme a été imitée dans ces dispositifs 24,25. De plus, les memristors verticaux basés sur des dérivés de matériaux 2D (par exemple MoOx/MoS2, WOx/WSe2) présentent une faible tension de commutation en raison de la fine épaisseur de la couche d'oxydation . De tels memristors verticaux conviennent à la mise à l'échelle des dispositifs afin de permettre l'intégration de réseaux haute densité30,31. De plus, par rapport aux memristors latéraux, les memristors verticaux affichent une tension de réglage plus faible en raison d'une couche de commutation plus fine2,15,28. Cependant, leur structure à deux terminaux n’est pas adaptée à l’émulation de bio-synapses multiterminales. Par rapport aux memristors verticaux, les memristors latéraux sont plus polyvalents pour réaliser des memristors multiterminaux en ajoutant plus d'électrodes32,33. Récemment, des dispositifs à mémoire latérale basés sur MoS2 ont été rapportés, qui reposaient sur le mouvement des lacunes de soufre induit par une polarisation de tension et sur la modulation de la hauteur de la barrière Schottky (SBH) au niveau des régions de contact métal/MoS2 . Un tel schéma de commutation distingue ces memristors des memristors filamentaires et peut réduire la variation provoquée par le processus de formation de filament stochastique. De plus, la recherche de nouveaux matériaux permettant de créer plus facilement des lacunes en soufre peut améliorer les performances de commutation. Le disulfure de rhénium (ReS2), un type de matériau 2D avec un faible couplage intercouche, des liaisons covalentes Re – S douces et une faible énergie de formation de lacunes de soufre, peut subir un mouvement de lacunes de soufre plus évident lorsqu'il est soumis à une polarisation externe36,37,38.