The measurement of the diffusion coefficient of oxygen ions in the YBa2Cu3O7-x layer of the electro-resistance memory

• Autorzy: Waśkiewicz Jan

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2019.07.17

Warianty tytułu

PL

Pomiar współczynnika dyfuzji jonów tlenu w warstwie YBa2Cu3O7-x pamięci elektrorezystancyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper attempts to determine the chemical diffusion coefficient of oxygen ions in the thin YBa2Cu3O7-x layer of the electro-resistance memory at room temperature. The measurement method was based on the assumption that in the process of switching the sample resistance by means of current pulses there is a stage of diffusion of oxygen ions in the layer of finite thickness from the source located at its surface. This layer is the oxygen depleted layer at the electrode. Its thickness was determined empirically from the amplitude characteristics of the resistive states, while the diffusion time constant was obtained from measurements of the resistance relaxation curves. The value of 5.5 • 10-18m2/s of the oxygen diffusion coefficient in YBa2Cu3O7-x obtained in this paper is in the order of magnitude consistent with the literature data obtained under similar conditions.

PL

W pracy podjęto próbę wyznaczenia współczynnika dyfuzji chemicznej jonów tlenu w cienkiej warstwie YBa2Cu3O7-x pamięci elektrorezystancyjnej w temperaturze pokojowej. Metodę pomiaru oparto na założeniu, że w procesie przełączania rezystancji próbki za pomocą impulsów prądowych występuje etap dyfuzji jonów tlenu w warstwie o skończonej grubości ze źródła zlokalizowanego przy jej powierzchni. Warstwą tą jest przyelektrodowa warstwa zubożona w tlen. Jej grubość wyznaczono doświadczalnie z charakterystyk amplitudowych stanów rezystancyjnych, natomiast stałą czasową dyfuzji otrzymano z pomiarów przebiegów relaksacji rezystancji. Otrzymana w pracy wartość 5,5•10-18 m2/s współczynnika dyfuzji jonów tlenu w YBa2Cu3O7-x jest co do rzędu wielkości zgodna z danymi literaturowymi uzyskanymi w podobnych warunkach.

Słowa kluczowe

EN

high-temperature superconductors; electro-resistance memory effect; depleted layer; oxygen-ion electrodiffusion; diffusion coefficient

PL

nadprzewodniki wysokotemperaturowe; zjawisko pamięci elektrorezystancyjnej; warstwa zubożona; elektrodyfuzja jonów tlenu; współczynnik dyfuzji

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 95, nr 7
• Strony: 80--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Waśkiewicz Jan

• 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, (2017).
• [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, Journal of Applied Physics, 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] 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).
• [15] 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.
• [16] 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).
• [17] Glicksman M. E., Diffusion in solids : field theory, solid-state principles, and applications. Wiley, New York, 2000, 472p.
• [18] Waśkiewicz J., Measurement of the thickness of the oxygendepleted layer in the Ag/YBa2Cu3O7-x/Ag structures of the electro-resistance memory, Przegląd Elektrotechniczny, 94 (2018), n.9, 99-103.
• [19] 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.
• [20] Acha C., Rozenberg M.J., Non-volatile resistive switching in the dielectric superconductor YBa2Cu3O7−δ , J. Phys. Condens.Matter, 21 (2009), n.4, 045702.
• [21] Acha C., Dynamical behaviour of the resistive switching in ceramic YBCO/metal interfaces, J. Phys. D: Appl. Phys., 44 (2011), 345301.
• [22] 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).
• [23] Acha C., Graphical analysis of current-voltage characteristics in memristive interfaces, J. Applied Physics, 121 (2017), n.13, 134502 (1-7).
• [24] Rothman S.J., Routbort J.L., Baker J.B., Physical Review B, 40 (1989), 8852.
• [25] Tu K.N., Yeh N.C., Park S.I. et al., Physical Review B, 39 (1989), 304.
• [26] Zhang X., Catlow C.R.A., Physical Review B, 46 (1992), 457.
• [27] Bredikhin S.I., Emel’chenko G.S., Shecktman V.S. et al., Physica C, 179 (1991), 286.
• [28] Routbort J.L., Rothman S.J., Oxygen diffusion in cuprate superconductors, J. Applied Physics, 76 (1994), n.10, 5615-28.
• [29] Donsker M.D., Varadhan S.R.S., Commun. Pure Appl. Math., 28 (1975), 525.
• [30] Tsukui S., Koritala R.E., Li M. et al., Oxygen and cation diffusion in YBCO coated conductors, Physica C, 392-396 (2003), 841-6.
• [31] 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.
• [32] Gramm A., Zahner T., Spreitzer U. et al., Europhys. Lett., 49 (2000), 501.
• [33] Faupel F., Hehenkamp T., Z. Metallkd., 84 (1993), 529.
• [34] Ottaviani G., Nobili C., Nava F. et al., Physical Review B, 39 (1989), 9069.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).