Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

Применение численного моделирования в исследовании мемристорных структур на основе оксидов и халькогенидов

https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-4-246-252

Аннотация

Рассмотрены модели, которые описывают биполярные резистивные переключения в планарных микроструктурах, созданных на основе оксидных соединений (Bi2Sr2CaCu2O8+x, Nd2‑xCexCuO4‑y) и селенида висмута. Исследовались меристорные гетероструктуры металл–изолятор–металл планарого типа, в которых микроразмер формируются электродом, диаметр которого значительно меньше общего размера структуры (это могут быть и микроконтакты шарвинского типа и пленочные электрические электроды). Другой важной особенностью этих гетероструктур является наличие поверхностного слоя толщиной несколько десятков нанометров с удельной проводимостью, значительно пониженной относительно объемной. Изменение резистивных свойств подобных гетероструктур обуславливается формированием или разрушением проводящего канала через указанный слой. Численное моделирование показало, что при этом на биполярные резистивные переключения значительное влияние оказывает топология распределения электрического поля. Для описания экспериментально наблюдаемых мемристорных эффектов в исследуемых гетероструктурах предложена модель «критического поля». В этой модели предполагается, что изменение удельной проводимости происходит в тех частях поверхностного слоя, где напряженность электрического поля превышает некоторое критическое значение. Модель «критического поля» основана на численном расчете распределения электрического потенциала по распределению удельной проводимости в структуре. Кроме того, рассмотрена модель позволяющая проанализировать влияние электродиффузии ионов кислорода на резистивные переключения в гетероструктурах на основе Bi2Sr2CaCu2O8+x. При численной реализации моделей использовалось сочетание интегро-разностной аппроксимации дифференциальных уравнений, многосеточного подхода для локализации неоднородностей физических характеристик, итерационного метода декомпозиции и составных адаптивных сеток. Это позволило с необходимой точностью отслеживать исследуемые процессы. Приведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными.

Об авторах

В. В. Сироткин
Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Черноголовка
Россия

Сироткин Вадим Владимирович — канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник



Н. А. Тулина
Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка
Россия

Тулина Наталья Алексеевна — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник



Список литературы

1. Strukov D.B., Snider G.S., Stewart D.R., Williams R.S. The missing memristor found // Nature. 2008, v. 453, p. 80-83.

2. Ventra M.D., Pershin Yu.V., Chua L.O. Circuit elements with memory: memristor, memcapacitors, meminductors // Proceedings of the IEEE. 2009, v. 97, p. 1717-1724.

3. Jeong D.S., Thomas R., Katiyar R.S., Scott J.F., Kohlstedt H., Petraru A., Hwang Ch.S. Emerging memories: resistive switching mechanisms and current status // Rep. Prog. Phys. 2012, v. 75, art. no 076502.

4. Joshua Y.J., Strukov D.B., Stewart D.R. Memristive devices for computing // Nature Materials. 2013, v. 8, p. 13-24.

5. Петров А., Алексеева Л., Иванов А., Лучинин В., Романов А., Чикев T., Набатамэ Т. На пути к нейроморфной мемристорной компьютерной платформе // Наноиндустрия. 2016, вып. 1, с. 94-109.

6. Pershin Y.V., Ventra M.D. Memory effects in complex materials and nanoscale systems // Advances in Physics. 2011, v. 60, p. 145-227.

7. Tulina N.A., Sirotkin V.V. Electron instability in doped-manganites-based heterojunctions // Physica C. 2004, v. 400, p. 105-110.

8. 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. 2008, v. 372, p. 6681-6686.

9. Tulina N.A., BorisenkoI.Yu., SirotkinV.V. // Solid State Communications. 2013, v. 170, № 1, p. 48-52.

10. Tulina N.А., Rossolenko А.N., Shmytko I.М., Кolesnikov N.N., Borisenko D.N., Bozhko S.I., Ionov А.М. Rectification and resistive switching in mesoscopic heterostructures based on Bi2Se3 // Materials Letters. 2015, v. 158, p. 403-405.

11. Tulina N.A., Rossolenko A.N., Ivanov А.А., Sirotkin V.V., Shmytko I.M., Borisenko I.Yu., Ionova А.М. Nd2-xCexCuO4-y/Nd2-xCexOy boundary and resistive switchings in mesoscopic structures on base of epitaxial Nd1.86Ce0.14CuO4-у films // Physica C. 2016, v. 527, p. 41-45.

12. Сироткин В.В., Тулина Н.А., Россоленко А.Н., Борисенко И.Ю. Исследование методом численного моделирования влияния анизотропии на резистивные переключения в гетероструктурах на основе оксидных соединений // Известия РАН, сер. Физическая. 2016, т. 80, № 5, с. 551-553.

13. Тулина Н.А., Россоленко А.Н., Шмытько И.М., Колесников Н.Н., Борисенко Д.Н., Сироткин В.В., Борисенко И.Ю. Частотные свойства гетероструктур на основе селенида висмута в эффектах резистивных переключений. эксперимент, численное моделирование // Известия РАН, сер. Физическая. 2016, т. 80, № 6, с. 741-743.

14. Tulina N.A. // arXiv.org > cond-mat > arXiv:1801.09428. 2018.

15. Tulina N.A., Rossolenko A.N., Shmytko I.M., Ivanov А.А., Sirotkin V.V., Borisenko I.Yu., Tulin V.A. Properties of percolation channels in planar memristive structures based on epitaxial films of a YBa2Cu3O7- high temperature superconductor // Supercond. Sci. Technol. 2019, v. 32, art. no 015003.

16. Тулина Н.А., Россоленко А.Н., Шмытько И.М., Колесников Н.Н., Борисенко Д.Н., Сироткин В.В., Борисенко И.Ю., Тулин В.А. Исследование динамических эффектов в мемристорных структурах на основе селенида висмута. Нужен ли мемристору "хвост шаттла // Известия РАН, сер. Физическая. 2019, т.83, № 6, с. 813-817.

17. Тулина Н.А., Россоленко А.Н., Шмытько И.М., Иванов А.А., Ионов А.М., Божко С.И., Сироткин В.В., Борисенко И.Ю., Тулин В.А. Функциональные свойства анизотропных перовскитных соединений в мемристорных структурах для применения в электронике // Наноиндустрия. 2019, т.89, с. 237-240.

18. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1977.

19. Trottenberg U., Oosterlec C.W., Schiiller A. Multigrid. London: Acad. Press, 2001.

20. Сироткин В.В. // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2016, т. 16, № 3, с. 181-183.


Для цитирования:


Сироткин В.В., Тулина Н.А. Применение численного моделирования в исследовании мемристорных структур на основе оксидов и халькогенидов. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019;22(4):246-252. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-4-246-252

Просмотров: 89


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)