Measurement of the thickness of the oxygen-depleted layer in the Ag/YBa2Cu3O7-x/Ag structures of the electro-resistance memory

• Autorzy: Waśkiewicz J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2018.09.24

Warianty tytułu

PL

Pomiar grubości warstwy zubożonej w tlen w strukturach Ag/YBa2Cu3O7-x/Ag pamięci elektrorezystancyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of experimental investigations of the phenomenon of electro-resistance memory in the Ag/YBa2Cu3O7-x/Ag thin-film structure at room and liquid nitrogen temperature. On the basis of the obtained voltage-current and amplitude characteristics, the threshold values of the resistive switching voltage were determined. Differences in the levels of these voltages at different switching directions and temperatures are explained using a mechanism based on oxygen ion electro-diffusion via oxygen vacancies. Using the mathematical model of this mechanism on the basis of the switching voltage values obtained, the thickness of layers depleted in oxygen ions were determined, which play a fundamental role in the switching process. The obtained thicknesses from 1.2 to 10.6 nm are consistent with the literature data for similar structures.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych zjawiska pamięci elektrorezystancyjnej w strukturze cienkowarstwowej Ag/YBa2Cu3O7-x/Ag w temperaturze pokojowej i ciekłego azotu. Na podstawie uzyskanych charakterystyk napięciowo-prądowych i amplitudowych wyznaczono wartości progowe napięcia przełączania rezystancji. Różnice poziomów tych napięć przy różnych kierunkach przełączania oraz temperaturach wyjaśniono za pomocą mechanizmu opartego na elektrodyfuzji jonów tlenu poprzez wakansy tlenowe. Wykorzystując model matematyczny tego mechanizmu na podstawie otrzymanych wartości napięcia przełączania wyznaczono grubości warstw zubożonych w jony tlenu, które odgrywają zasadniczą rolę w procesie przełączania. Otrzymane grubości od 1,2 do 10,6 nm są zgodne z danymi literaturowymi dla podobnych struktur.

Słowa kluczowe

EN

high-temperature superconductors; phenomenon of electro-resistive memory; switching voltage; oxygen-ion electrodiffusion; depleted layer

PL

nadprzewodniki wysokotemperaturowe; zjawisko pamięci elektrorezystancyjnej; napięcie przełączania; elektrodyfuzja jonów tlenu; warstwa zubożona

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 94, nr 9
• Strony: 99--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Waśkiewicz J.

• Białystok University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, ul. Wiejska 45d, 15-351 Białystok

Bibliografia

• [1] Freitas R.F., Wilcke W.W., Storage-class memory: The next storage system technology, IBM J. Res. Dev., 52 (2008), 439.
• [2] Gastaldi R., Campardo G. (eds.), In search of the next memory, Springer IP AG, (2005).
• [3] Choi B.J., Jeong D.S., Kim S.K. et al., Resistive switching mechanism of TiO2 thin films grown by atomic-layer deposition, J. Applied Physics, 98 (2005), 033715.
• [4] Hickmott T.W., J. Applied Physics, 33 (1962), 2669.
• [5] Gibbons J.F., Beadle W.E., Solid-State Electron., 7 (1964), 785.
• [6] Acha C., Electric pulse-induced resistive switching in ceramic YBa2Cu3O7-δ/Au interfaces, Physica B, 404 (2009), n.18, 2746-2748.
• [7] Tomasek M., Plecenik T., Truchly M. et al., Temperature dependence of the resistance switching effect studied on the metal/YBa2Cu3O6+x planar junctions, Journal of Vacuum Science and Technology B, 29 (2011), n.1, 01AD04(1-5).
• [8] Plecenik T., Tomášek M., Belogolovskii M. et al., Effect of crystallographic anisotropy on the resistance switching phenomenon in perovskites, 111 (2012), n.5, 056106.
• [9] Waśkiewicz J., Gołębiowski J. Resistive memory physical mechanism in a thin-film Ag/YBa2Cu3O7-x/Ag structure, Przegląd Elektrotechniczny, 91 (2015), n.11, 313-7.
• [10] Hanada A., Kinoshita K., Matsubara K. et al., Developmental mechanism for the resistance change effect in perovskite oxide-based resistive random access memory consisting of Bi2Sr2CaCu2O8+δ bulk single crystal, Journal of Applied Physics, 110 (2011), n.8, 084506(1-5).
• [11] Nian Y.B., Strozier J., Wu N.J. et al., Evidence for an oxygen diffusion model for the electric pulse induced resistance change effect in transition-metal oxides, Physical Review Letters, 98 (2007), 146403.
• [12] Acha C., Schulman A., Boudard M. et al., Transport mechanism through metal-cobaltite interfaces, Applied Physics Letters, 109 (2016), n.1, 011603.
• [13] Lee S.B., Kim A., Lee J.S. et al., Appl. Phys. Lett., 97 (2010), 093505.
• [14] Acevedo W., Acha C., Sánchez M.J. et al., Origin of multistate resistive switching in Ti/manganite/SiOx/Si heterostructures, Applied Physics Letters, 110 (2017), n.5, 053501.
• [15] Gołębiowski J., Waśkiewicz J., Resistive memory effect in a thin-film structure based on YBa2Cu3O7-x superconductor, Przegląd Elektrotechniczny, 89 (2013), n.8, 83-6.
• [16] Rozenberg M.J., Sanchez M.J., Weht R. et al., Mechanism for bipolar resistive switching in transition-metal oxides, Physical Review B, 81 (2010), n.11, 115101(1-5).
• [17] Tulina N.A., Borisenko I.Yu., Sirotkin V.V., Reproducible resistive switching effect for memory applications in heterocontacts based on strongly correlated electron systems, Physics Letters A, 372 (2008), n.44, 6681-6686.
• [18] Schulman A., Rozenberg M.J., Acha C., Anomalous time relaxation of the nonvolatile resistive state in bipolar resistiveswitching oxide-based memories, Physical Review B, 86 (2012), n.10, 104426(1-5).
• [19] Taskin A.A., Lavrov A.N., Ando Y., Achieving fast oxygen diffusion in perovskites by cation ordering, Applied Physics Letters, 86 (2005), n.9, 91910-13.
• [20] Tu K.N., Yeh N.C., Park S.I. et al., Physical Review B, 39 (1989), 304.
• [21] Grajcar M., Plecenik A., Darula M., et al., Surface degradation of YBa2Cu3O7-delta observed by means of contact resistance measurement, Solid State Communications, 81 (1992), n.2, 191-4.
• [22] Plecenik A., Grajcar P., Seidel P. et al., Studies of high temperature superconductors, 20 (1996), p.75.
• [23] Bruchhaus R., Waser R. Bipolar resistive switching in oxides for memory applications, Thin Film Metal-Oxides: Fundamentals and Applications in Electronics and Energy, (2010), pp.131-167.
• [24] Schulman A., Lanosa L.F., Acha C. Poole-Frenkel effect and variable-range hopping conduction in metal/YBCO resistive switching, Journal of Applied Physics, 118 (2015), n.4, 044511 (1-6).
• [25] Lee P.A., Nagaosa N., Wen X.G., Rev. Mod. Phys., 78 (2006), 17.
• [26] Plecenik A., Grajcar M., Seidel P. et al., Physica C, 301 (1998), 234.
• [27] Plecenik A., Grajcar P., Seidel P. et al., Studies of high temperature superconductors, 20 (1996), p.84.
• [28] Rothman S.J., Routbort J.L., Baker J.B., Physical Review B, 40 (1989), 8852.
• [29] Runde M., Routbort J.L., Rothman S.J. et al., Physical Review B, 45 (1992), 7375.
• [30] Plakida N.M., High temperature superconductivity: experiment and theory, Springer, Berlin, 1995, 237p.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).