Electrical characterization and modeling of random telegraph noise in MIM-like resistive switching devices

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Becker, Thales Exenberger
• Orientador(a): Wirth, Gilson Inacio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Dispositivos eletrônicos; Resistividade elétrica; Detecção de falhas
• Palavras-chave em Inglês: Resistive switching; Reliability; Random telegraph noise; Trap coupling model; Giant RTN
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/241913

Dispositivos de comutação resistiva (RS) estruturados em uma célula do tipo MIM (Metal Isolante Metal) são cada vez mais estudados para diversas aplicações como, por exemplo, no armazenamento de informações, na computação estocástica e na computação inspirada na atividade cerebral. Isso se deve à capacidade desses dispositivos de superar em performance e eficiência os dispositivos atuais, apesar dos desafios relacionados à confiabilidade. O Random Telegraph Noise é um parâmetro relevante para avaliar a robustez de dispositivos memresistivos, relativos à atividade de defeitos (armadilhas). Neste trabalho, um novo modelo para RTN anômalo (aRTN) é apresentado, indicando o acoplamento na amplitude da flutuação de corrente produzida por diferentes armadilhas no mesmo dispositivo. Determina-se que a contribuição de um defeito para o desvio de corrente que leva ao RTN depende do estado (ocupado ou vago) de outra armadilha, caracterizando, dessa forma, o efeito de acoplamento. Propõe-se um modelo elétrico capaz de descrever esse fenômeno para operação de leitura do dispositivo (∼ 0,1 V). Esse modelo pode ser aplicado para melhor compreensão da dinâmica da distribuição dos filamentos na célula e da atividade e interação das armadilhas presentes. Além disso, uma nova observação da atividade de defeitos é apresentada: verificou-se, experimentalmente e em condição de leitura do estado, flutuações significativas na condutância desses dispositivos, que alcançam até 3 ordens de magnitude, semelhantes ao RTNs. Os experimentos foram feitos em dispositivos RS baseados em dielétricos compostos por TiO2, HfO2 e nitreto de boro hexagonal (h-BN). Considerando este comportamento, apresentado para três diferentes materiais de comutação resistiva, verifica-se que este é um fenômeno bastante recorrente e que a significativa relação entre os estados (LRS/HRS), durante a operação de leitura, é reproduzível e benéfica para assegurar o reconhecimento de estados em aplicações como circuitos integrados de computação estocástica (ICs). Esses eventos se mostram reproduzíveis para todos os tipos de dispositivos RS acima mencionados, em medições sequenciais e sob diferentes condições de polarização de leitura.