Механизмы резистивного переключения в мемристорах на основе слоев нестехиометрического нитрида кремния

Романов И. А.; Ковальчук Н. С.; Власукова Л. А.; Пархоменко И. Н.; Комаров Ф. Ф.; Демидович С. А.

Механизмы резистивного переключения в мемристорах на основе слоев нестехиометрического нитрида кремния

Романов И. А., Ковальчук Н. С., Власукова Л. А., Пархоменко И. Н., Комаров Ф. Ф., Демидович С. А.

2025

https://doi.org/10.29235/1561-8323-2025-69-1-23-31

Исследованы электрофизические свойства и эффект резистивного переключения мемристорной структуры Ni/SiNx/p+Si/Ni. Пленки нитрида кремния толщиной ~40–60 нм осаждались в индуктивно-связанной плазме из смеси SiH4–N2–Ar при соотношениях [SiH4]/[N2], равных 2,19 и 2,55, что обеспечивало получение SiNx с избытком кремния в сравнении со стехиометрией. Для оценки воздействия термоотжига на резистивные свойства SiNx одна из пластин с нитридной пленкой проходила быструю термообработку (БТО, 1200 °С, 3 мин в Ar). Эффект резистивного переключения наблюдался при приложении напряжения от −4 до +10 В для тестовых структур на основе нитридных пленок, характеризующихся показателями преломления 2,34 и 2,5. Показано, что проводимость и механизм транспорта заряда в пленках с резистивными свойствами зависят от условий осаждения и последующей термообработки нитридной пленки. Обсуждаются возможные механизмы резистивного переключения.

Романов И. А., Ковальчук Н. С., Власукова Л. А., Пархоменко И. Н., Комаров Ф. Ф., Демидович С. А. Механизмы резистивного переключения в мемристорах на основе слоев нестехиометрического нитрида кремния. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2025;69(1):23-31. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2025-69-1-23-31

Цитирование

Список литературы

1. Гриценко, В. А. Запоминающие свойства мемристоров на основе оксида и нитрида кремния / В. А. Гриценко, А. А. Гисматулин, О. М. Орлов // Российские нанотехнологии. – 2021. – Т. 16, № 6. – С. 751–760. https://doi.org/10.1134/s1992722321060078

2. a-SiNx:H-based ultra-low power resistive random access memory with tunable Si dangling bond conduction paths / X. Jiang, Z. Ma, J. Xu [et al.] // Scientific Reports. – 2015. – Vol. 5. – Art. 15762. https://doi.org/10.1038/srep15762

3. Yen, T. J. High performance all nonmetal SiNx resistive random access memory with strong process dependence / T. J. Yen, A. Chin, V. Gritsenko // Scientific Reports. – 2020. – Vol. 10. – Art. 2807. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59838-y

4. Charge transport mechanism in the forming-free memristor based on PECVD silicon oxynitride / A. A. Gismatulin, G. N. Kamaev, V. A. Volodin, V. A. Gritsenko // Electronics. – 2023. – Vol. 12, N 3. – Art. 598. https://doi.org/10.3390/electronics12030598

5. Understanding the role of defects in Silicon Nitride-based resistive switching memories through oxygen doping / N. Vasileiadis, P. Karakolis, P. Mandylas [et al.] // IEEE Transactions on Nanotechnology. – 2021. – Vol. 20. – P. 356–364. https://doi.org/10.1109/tnano.2021.3072974

6. Nature of traps responsible for the memory effect in silicon nitride / V. A. Gritsenko, T. V. Perevalov, O. M. Orlov, G. Ya. Krasnikov // Applied Physics Letters. – 2016. – Vol. 109, N 6. – Art. 062904. https://doi.org/10.1063/1.4959830

7. Memory properties and short-range order in silicon oxynitride-based memristors / Yu. N. Novikov, G. N. Kamaev, I. P. Prosvirin, V. A. Gritsenko // Applied Physics Letters. – 2023. – Vol. 122, N 23. – Art. 232903. https://doi.org/10.1063/5.0151211

8. Redox-based resistive switching memories – nanoionic mechanisms, prospects, and challenges / R. Waser, R. Dittmann, G. Staikov, K. Szot // Advanced Materials. – 2009. – Vol. 21, N 25–26. – P. 2632–2663. https://doi.org/10.1002/adma.200900375

9. Механические напряжения в пленках SiNx при химическом осаждении из газовой фазы в плазме высокой плотности / Н. С. Ковальчук, С. А. Демидович, Л. А. Власукова [и др.] // Неорганические материалы. – 2022. – Т. 58, № 9. – С. 938–944. https://doi.org/10.31857/s0002337x2209007x

10. Effect of rapid thermal annealing on Si-based dielectric films grown by ICP-CVD / I. Parkhomenko, L. Vlasukova, F. Komarov [et al.] // ACS Omega. – 2023. – Vol. 8, N 33. – P. 30768–30775. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c04997

11. Voltage-programmable negative differential resistance in memristor of single-crystalline lithium niobate thin film / J. Wang, X. Pan, W. Luo [et al.] // Applied Physics Letters. – 2022. – Vol. 120, N 3. – Art. 032901. https://doi.org/10.1063/5.0070132

12. A deep study of resistance switching phenomena in TaOx ReRAM cells: system‐theoretic dynamic route map analysis and experimental verification / A. Ascoli, S. Menzel, V. Rana [et al.] // Advanced Electronic Materials. – 2022. – Vol. 8, N 8. – Art. 2200182. https://doi.org/10.1002/aelm.202200182

13. Electron trap level of hydrogen incorporated nitrogen vacancies in silicon nitride / K. Sonoda, E. Tsukuda, M. Tanizawa, Y. Yamaguchi // Journal of Applied Physics. – 2015. – Vol. 117, N 10. – Art. 104501. https://doi.org/10.1063/1.4914163

14. Creation and properties of nitrogen dangling bond defects in silicon nitride thin films / W. L. Warren, C. H. Seager, J. Robertson [et al.] // Journal of the Electrochemical Society. – 1996. – Vol. 143, N 11. – P. 3685–3691. https://doi.org/10.1149/1.1837272

15. Васильев, В. Ю. Технология получения тонких пленок нитрида кремния для микроэлектроники и микросистемной техники. Ч. 8: Влияние водорода в пленках на их свойства / В. Ю. Васильев // Нано- и микросистемная техника. – 2019. – Т. 21, № 6. – С. 352–367.

Источник

Информация

Автор

Романов И. А. Белорусский государственный университет
Ковальчук Н. С. ОАО «Интеграл»
Власукова Л. А. Белорусский государственный университет
Пархоменко И. Н. Белорусский государственный университет
Комаров Ф. Ф. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Демидович С. А. ОАО «Интеграл»

Страницы

23-31

Год издания

2025

Ключевые слова

Коллекции

Доклады Национальной академии наук Беларуси