用于回忆应用的混合2D -CMOS微芯片

　　当我们将坡道压力应力（RV）序列应用于几个独立的0.053 µM2 Au – Ti – H-Bn – W结构时，大多数（大约90％）的电流波动不稳定，没有电阻性切换（RS）（RS）。即使我们应用11 V，电流也不会达到线性状态（即介电击穿）。这是令人惊讶的。因为大多数（超过75％）的H-BN设备具有较大面积（25 µm2）的H-BN设备显示介质崩溃电压（VDB）在3至11 V之间，然后在丝状非丝状非政治双极性双极rs中，也显示出介电击穿电压（VDB）。原因应该是在小型设备中找到缺陷簇的概率较低，这显着增加了VDB（参考文献7）。很少有（大约10％）0.053 µm2 au – Ti – H-H-W-W结构显示VDB在大约2.5至4 V之间，然后显示丝状非挥发性双极RS（如果应用了当前限制为1 mA或更高的电流限制1 mA或更高，则补充图6）。但是，耐力仅大约100个周期，这主要是由于整个Memristor和介电分解过程中的过冲的可控性差。　　相反，1T1M电池中的CMOS晶体管可以精确控制H-BN MEMRistor的电流并避免电流过冲，从而导致出色的性能。首先，我们通过将恒定电压（VG）和RVS施加到排水口（VDS），并测量排水 - 源电流（IDS），从而获得一个独立CMOS晶体管的输出特性；CMOS晶体管按预期工作正常（图2B）。其次，我们通过在Memristor的顶部Au – Ti电极上施加RV ，同时保持晶体管的源端子接地并同时施加恒定VG，来测量1T1M电池。当使用VG = 1.1 V的AU – Ti – H-BN – W结构的RV序列应用于Au – Ti – H-Bn-W结构的顶部电极时，大多数1T1M细胞显示出非挥发性双极RS（图2C和扩展数据图4）。高状态电阻（大约200mΩ的RHR和大约200kΩ的RLR）（降低功耗的含量） - 状态和渐进状态过渡的非线性表明RS是非丝状8。但是，我们确实看到了一个激活过程，因为第一个RVS略微增加了设备的电导率（即，在图2C中轻轻降低H-BN堆栈，蓝线和扩展数据图4）。在我们制造的第一个微芯片中，在40个细胞中有32个（产生80％）中观察到这种稳定的非丝状双极RS状态，在最后一个细胞中，在25个设备中的25个设备中观察到了它（产量为100％）。相反，独立的Au – Ti – H-Bn-W结构为0.053 µm2和1T1M的细胞，没有H-BN，从未显示出这种行为。这证实了RS由H-BN堆栈产生，CMOS晶体管是控制其软降解的关键。请注意，在独立的Au – Ti – H-Bn-W结构中，使用半导体参数分析仪限制电流，该分析仪的激活时间长（大约70 µs），寄生电容较高（大约300 pf，与电缆相关）9;相反，在1T1M电池中，晶体管的瞬时电流限制（它不能比其通道大小的驱动力更大）和寄生能力要低得多（大约50 pf，微芯片中的内部连接），从而降低了开关暂时性和不良电流的持续时间，并且在Au – Ti-ti-Bnouncter and Au – Ti-bntunction中降低了持续时间。RHR和RLR的值会随着时间的推移而稳定，并且可以通过在设定过程中调整VG（固定RLR）和/或调整负RVS的结束电压（固定RHR，固定RHR ，扩展数据图5）来对多个稳定的电导水平进行编程。　　然而，最令人惊讶的观察结果涉及耐力，当应用脉冲电压应力的序列时，该耐力很容易达到250万个周期（图2D – F）。在这种类型的应力下，可以以三种不同的方式准确控制RHR，RLR和RLRS/RHR的值：通过调整写脉冲的持续时间，通过调整写入脉冲的幅度，并调谐擦除酶脉动的振幅（图2D -F和扩展数据图6）。考虑到回忆录的尺寸很小（补充注释2），并且类似于基于商用金属氧化物的电阻随机访问记忆（50万个周期）11和相变的记忆（1000万个周期）12,13 。但是，使用顶部Au – Ti电极的1T1M细胞的切换时间相当长（232 µs的TSET和783 NS的TRESET ，扩展数据图7）。　　可以使用不同的顶部电极调整1T1M细胞的性能（扩展数据图8）。当使用AU电极时，设备在较低的状态电阻（图2G）以及更短的切换时间（T）和较低的开关（E）以及使用AG电极时显示可靠的切换，可以将这些值向下推到TSET = 680 ns ，treset = 680 ns，treset = 60 ns，eSet = 21.11 pj和EreSet = 1.41 pj（图）。这些观察结果背后的原因是缺乏界面Ti层（这很容易吸收氧气，增加了平面耐药性），而AUX+和AGX+ IONS14的电导率和扩散率更高（补充注释1）。使用Au – Ti电极在H-BN – CMOS 1T1M细胞中观察到的性能可能使它们可以涵盖内存层次结构中Nand Flash和DRAM之间的利基应用（例如，使用AU或AG电极时，它们的性能可能在低功率的低功率应用程序中有效，可能在低功率的应用程序中有效。

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