bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-3-5-13bsuir-3925Research ArticleСтатьиМемристорный эффект в слоистых пленочных структурахMemristor Effect in Layered Film StructuresФамВ.Т.PhamV. T.

Фам Ван Тунг, асп. каф. микро- и наноэлектроники

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 17  293-88-75

Pham Van Tung, Postgraduate at the Department of Micro- and  Nanoelectronics

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-88-75

 

v.tu2103@gmail.comПодрябинкинД. А.PodryabinkinD. A.

канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. каф. микро- и наноэлектроники

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Cand. of Sci., Senior Researcher at  the  Department  of  Micro-  and  Nanoelectronics

220013, Minsk, P. Brovki St., 6 

ЧубенкоЕ. Б.ChubenkoE. B.

канд. техн. наук, доц., доц. каф. микро- и наноэлектроники

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Cand. of Sci., Associate Professor, Associate  Professor  at the  Department  of  Micro- and Nanoelectronics

220013, Minsk, P. Brovki St., 6 

БорисенкоВ. Е.BorisenkoV. E.

д-р физ.-мат. наук, проф., проф. каф. микро- и наноэлектроники

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Dr.  of  Sci.  (Phys.  and  Math.), Professor,  Professor  at the  Department  of  Micro- and Nanoelectronics

220013, Minsk, P. Brovki St., 6 

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (БГУИР)Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics (BSUIR)202422062024223513Copyright © Фам В., Подрябинкин Д.А., Чубенко Е.Б., Борисенко В.Е., 20242024Фам В., Подрябинкин Д.А., Чубенко Е.Б., Борисенко В.Е.Pham V., Podryabinkin D.A., Chubenko E.B., Borisenko V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3925

Предложены  эквивалентные  электрические  схемы  многослойных  пленочных  структур с мемристорным переключением сопротивления на межслойных границах и на границах кристаллических зерен в каждом слое. Численное моделирование вольт-амперных характеристик таких структур показало, что их типичный для мемристоров петлеобразный вид трансформируется в линейную омическую зависимость общего тока от величины приложенного внешнего напряжения по мере увеличения как количества слоев, так и количества зерен в каждом слое. Установлено определенное сочетание количества слоев и   зерен в слое, при котором максимальный протекающий через структуру общий ток и отношение сопротивлений в «выключенном» и «включенном» состояниях достигают наибольших значений.

Equivalent  electrical  circuits  of  multilayer  film  structures  with  memristor  switching  of  resistance at   interlayer boundaries and at the boundaries of crystal grains in each layer are proposed. Numerical modeling of   the  current-voltage characteristics of such structures has shown that their loop-shaped form, typical of memristors, is transformed into a linear ohmic dependence of the total current on the magnitude of the applied external voltage as both the number of layers and the number of grains in each layer increase. A certain combination of the  number of layers and grains in a layer has been established, at which the maximum total current flowing through the structure and the ratio of resistances in the “off” and “on” states reach the highest values.

мемристормоделированиеслоистая пленкаэквивалентная схемавольт-амперная характеристикаmemristormodelinglayered filmequivalent schemecurrent-voltage characteristicАвторы признательны А. Л. Данилюку за полезное обсуждение предложенной модели и результатов расчетов по ней. Работа выполнена в рамках проекта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований Ф22-114.The authors thank A. L. Daniluk for usetal discussion of the proposed model and numerical results obtained. The work was performed within the grant of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research F22-114.ReferencesJoshua Yang J., Feng Miao, Matthew D. Pickett, Douglas A. A. Ohlberg, Duncan R. Stewart, Chun Ning Lau, et al. (2009) The Mechanism of Electroforming of Metal Oxide Memristive Switches. Nanotechnology. 20 (21). DOI: 10.1088/0957-4484/20/21/215201.Joshua Yang J., Feng Miao, Matthew D. Pickett, Douglas A. A. Ohlberg, Duncan R. Stewart, Chun Ning Lau, et al. (2009) The Mechanism of Electroforming of Metal Oxide Memristive Switches. Nanotechnology. 20 (21). DOI: 10.1088/0957-4484/20/21/215201.Lei Zhang, Tian Gong, Huide Wang, Zhinan Guo, Han Zhang (2019) Memristive Devices Based on Emerging Two-Dimensional Materials Beyond Graphene. Nanoscale. 11 (26), 12413–12435.Lei Zhang, Tian Gong, Huide Wang, Zhinan Guo, Han Zhang (2019) Memristive Devices Based on Emerging Two-Dimensional Materials Beyond Graphene. Nanoscale. 11 (26), 12413–12435.Ki Chang Kwon, Ji Hyun Baek, Kootak Hong, Soo Young Kim, Ho Won Jang (2022) Memristive Devices Based on Two-Dimensional Transition Metal Chalcogenides for Neuromorphic Computing. Nano-Micro Lett. 14 (1). DOI: 10.1007/s40820-021-00784-3.Ki Chang Kwon, Ji Hyun Baek, Kootak Hong, Soo Young Kim, Ho Won Jang (2022) Memristive Devices Based on Two-Dimensional Transition Metal Chalcogenides for Neuromorphic Computing. Nano-Micro Lett. 14 (1). DOI: 10.1007/s40820-021-00784-3.Sabeen F., Hakim M. W., Akinwande D., Rizwan S. (2022) Graphene and MXene Based Free‐Standing Carbon Memristors for Flexible 2D Memory Applications. Adv Elect Materials. 8 (1).Sabeen F., Hakim M. W., Akinwande D., Rizwan S. (2022) Graphene and MXene Based Free‐Standing Carbon Memristors for Flexible 2D Memory Applications. Adv Elect Materials. 8 (1).Da Li, Bin Wu, Xiaojian Zhu, Juntong Wang, Byunghoon Ryu, Wei D. Lu, et al. (2018) MoS2 Memristors Exhibiting Variable Switching Characteristics Toward Biorealistic Synaptic Emulation. ACS Nano. 12 (9), 9240–9252. DOI: 10.1021/acsnano.8b03977.Da Li, Bin Wu, Xiaojian Zhu, Juntong Wang, Byunghoon Ryu, Wei D. Lu, et al. (2018) MoS2 Memristors Exhibiting Variable Switching Characteristics Toward Biorealistic Synaptic Emulation. ACS Nano. 12 (9), 9240–9252. DOI: 10.1021/acsnano.8b03977.Ascoli A., Menzel S., Rana V., Kempen T., Messaris I., Demirkol A. S., et al. (2022) A Deep Study of Resistance Switching Phenomena in TaOx ReRAM Cells: System‐Theoretic Dynamic Route Map Analysis and Experimental Verification. Adv Elect Materials. 8 (8).Ascoli A., Menzel S., Rana V., Kempen T., Messaris I., Demirkol A. S., et al. (2022) A Deep Study of Resistance Switching Phenomena in TaOx ReRAM Cells: System‐Theoretic Dynamic Route Map Analysis and Experimental Verification. Adv Elect Materials. 8 (8).Van Tung Pham, Chubenko E. B., Borisenko V. E. (2023) Resistor Model of Layered Film Structures. Doklady BGUIR. 21 (2), 14–20. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2023-21-2-14-20 (in Russian).Van Tung Pham, Chubenko E. B., Borisenko V. E. (2023) Resistor Model of Layered Film Structures. Doklady BGUIR. 21 (2), 14–20. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2023-21-2-14-20 (in Russian).Xiaojun Wang, Bai Sun, Xiaoxia Li, Bolin Guo, Yushuang Zeng, Shuangsuo Mao, et al. (2018) Influence of the Voltage Window on Resistive Switching Memory Characteristics Based on g‑C3N4 Device. Ceramics International. 44 (15), 18108–18112. DOI:10.1016/j.ceramint.2018.07.016.Xiaojun Wang, Bai Sun, Xiaoxia Li, Bolin Guo, Yushuang Zeng, Shuangsuo Mao, et al. (2018) Influence of the Voltage Window on Resistive Switching Memory Characteristics Based on g‑C3N4 Device. Ceramics International. 44 (15), 18108–18112. DOI:10.1016/j.ceramint.2018.07.016.Biolek Z., Biolek D., Biolková V. (2009) SPICE Model of Memristor with Nonlinear Dopant Drift. 18 (2), 210–214.Biolek Z., Biolek D., Biolková V. (2009) SPICE Model of Memristor with Nonlinear Dopant Drift. 18 (2), 210–214.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.