研究目的
研究采用由非晶硫系化合物材料构成的光控晶体管(OGT)作为忆阻器存储元件的选通器件,以实现非易失态的连续编程并抑制阻变存储器阵列中的漏电流路径。
研究成果
基于非晶硫系化合物材料的光控晶体管(OGT)能有效作为忆阻器的存取器件,通过光强控制实现非易失性存储状态的连续编程。该器件具有内置顺从电流限制、快速开关速度(<15微秒)以及与现有制备工艺兼容等优势。研究表明其在高密度混合电子/光子存储应用方面具有潜力,但掺杂效应、氧影响、退火处理及老化问题仍需持续研究。
研究不足
实验装置存在一些局限性,例如光强探测器的放置位置不够精确、OGT薄膜随时间可能受到氧气影响(尽管未观察到)、以及由于电容较大而在脉冲测试中使用较长脉宽(这可能无法反映器件的全速性能)。此外,OGT的性能对电极间光照位置的依赖性可能是非集成电路中的一个限制因素。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过磁控溅射制备了非晶硫系化合物Ge2Se3/M+Ge2Se3(M=Cu、Sn)光学门控晶体管(OGT),并与忆阻器集成。研究旨在探索利用光信号控制忆阻器访问与编程的可行性,通过电流-电压(I-V)特性测试和脉冲测试评估器件性能。
2:样品选择与数据来源:
OGT器件制备于特定电阻率(1-100欧姆·厘米)的p型硅衬底。忆阻器由Knowm公司提供(型号BS-AF-W 8)。数据采集自电学测试与光学测量。
3:实验设备与材料清单:
主要设备包括AJA国际ATC Orion 5超高真空磁控溅射系统、HP4156A半导体参数分析仪、雷尼绍inVia共聚焦拉曼显微镜、n&k技术1280宽带紫外-可见光谱仪、Cascade微探针系统、多种LED光源(如科锐公司C503B-BAN-CY0C0461、Marktech光电MTE1077N1-R)、Digilent模拟发现者2(AD2)及Thorlabs PM16-121光电二极管传感器。材料包含Processed Materials公司的Ge2Se3靶材、钨电极及石英衬底。
4:Marktech光电MTE1077N1-R)、Digilent模拟发现者2(AD2)及Thorlabs PM16-121光电二极管传感器。材料包含Processed Materials公司的Ge2Se3靶材、钨电极及石英衬底。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:在p-Si衬底上交替溅射Ge2Se3与M+Ge2Se3层后沉积钨电极完成OGT制备。电学测试采用HP4156A和AD2进行I-V扫描及脉冲测量,配合LED实现光学门控。通过拉曼光谱与紫外-可见光谱分析材料特性。忆阻器在面包板电路中与OGT串联测试。
5:数据分析方法:
基于I-V曲线解析、Tauc图法估算光学带隙、示波器波形测量开关速度进行数据分析。虽未明确提及统计分析,但采用了曲线拟合与对比方法。
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LED
C503B-BAN-CY0C0461
Cree, Inc.
Used as a light source for I-V sweep measurements, specifically at 470 nm wavelength.
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Thor Labs PM16-121 standard photodiode sensor
PM16-121
Thor Labs
Used to measure light intensity during experiments.
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ATC Orion 5 UHV Magnetron sputtering system
Orion 5
AJA International
Used for sputtering alternating layers of Ge2Se3 and M+Ge2Se3 films during device fabrication.
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HP4156A Semiconductor Parameter Analyzer
4156A
HP
Used for I-V sweep measurements to characterize the electrical properties of OGTs and memristors.
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Renishaw inVia Raman Confocal Microscope
inVia
Renishaw
Used to collect Raman spectra for verifying stoichiometry and amorphous nature of the films.
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n&k Technologies 1280 Broadband UV-Vis Spectrometer
1280
n&k Technologies
Used to measure index of refraction and extinction coefficient for optical band gap estimation.
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Cascade Microtech micromanipulators
Cascade Microtech
Used for precise probing during electrical testing on the microprobe station.
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LED
MTE1077N1-R
Marktech Optoelectronics
Used for switching time measurements at 770 nm wavelength.
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Digilent Analog Discovery 2
AD2
Digilent
Used to supply pulses for switching response tests and as an oscilloscope for data collection.
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Ge2Se3 target
Processed Materials
Used as the sputtering target for depositing Ge2Se3 layers in the OGT fabrication.
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Memristor
BS-AF-W 8
Knowm, Inc.
Used as the memory element in series with the OGT for testing programming and access capabilities.
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