Veröffentlichung: Resistive Switching and Current Conduction Mechanisms in Hexagonal Boron Nitride Threshold Memristors with Nickel Electrodes
Forscher der RWTH Aachen, der AMO GmbH und des Forschungszentrums Jülich haben eine detaillierte Studie der Stromleitungsmechanismen und des resistiven Schaltmechanismus von flüchtigen Memristoren basierend auf zweidimensionalem hexagonalem Bornitrid zwischen zwei Nickelelektroden durchgeführt. Die Arbeit wurde kürzlich in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.
Memristoren – eine Kurzform von „memory resistor“ (Speicherwiderstand) – sind vielversprechende Bauteile für Speicher und bioinspirierte Computersysteme der nächsten Generation. Die besondere Eigenschaft dieser passiven Schaltungselemente besteht darin, dass ihr Widerstand durch Anlegen einer externen Spannung "programmiert" werden kann (entweder flüchtig oder nichtflüchtig). Memristive Phänomene wurden in verschiedenen Materialien wie Metalloxiden, Chalkogeniden, amorphem Silizium und zweidimensionalen (2D) Materialien beobachtet, mit jeweils verschiedenen Vor- und Nachteilen. In jüngster Zeit ist das 2D-Material hexagonales Bornitrid (h-BN) in den Fokus vieler Forscher gerückt da es mehrere vorteilhafte physikalische Eigenschaften wie eine hohe Wärmeleitfähigkeit in der Ebene, thermische und chemische Stabilität, mechanische Flexibilität. Nicht zuletzt ermöglicht eine breite Bandlücke ein großes Schaltfenster. Darüber hinaus ermöglicht seine geschichtete van-der-Waals-Struktur die Integration auf beliebigen Substraten mit hinterher sauberen Grenzflächen.
In der kürzlich veröffentlichten Arbeit konnten Völkel und Kollegen mithilfe von temperaturabhängigen Strom-Spannungsmessungen in den verschiedenen Widerstandszuständen der Bauteile und durch den Vergleich der gemessenen Daten mit verschiedenen theoretischen Modellen auf die entscheidende Rolle hinweisen, die Defekte im h-BN für das Verhalten der Bauelemente spielen: Die Stromleitung im hochohmigen Zustand erfolgt durch defektgestützte Sprünge der Elektronen durch das Material. Das Schalten in den niederohmigen Zustand kann durch die Bildung und das wieder Auflösen mehrerer Nickelfilamente entlang Bor-Defektstellen im h-BN verstanden werden – eine Schlussfolgerung, die durch hochaufgelöste Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Aufnahmen unterstützt wird.
Somit stellt das von Völkel und Kollegen vorgestellte Analyseverfahren eine Alternative Möglichkeit dar, neben schon etablierten Methoden wie TEM oder leitfähiger Rasterkraftmikroskopie, den Schaltmechanismus von Memristoren zu analysieren.
Die Forschungsarbeit wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit den Projekten NEUROTEC (16ES1134, 16ES1133K), NEUROTEC 2 (16ME0399, 16ME0398K, 16ME0400) und NeuroSys (03ZU1106AA, 03ZU1106BA) gefördert.