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Forming‐Free Grain Boundary Engineered Hafnium Oxide Resistive Random Access Memory Devices

Petzold, Stefan ; Zintler, Alexander ; Eilhardt, Robert ; Piros, Eszter ; Kaiser, Nico ; Sharath, Sankaramangalam Ulhas ; Vogel, Tobias ; Major, Márton ; McKenna, Keith Patrick ; Molina‐Luna, Leopoldo ; Alff, Lambert (2024)
Forming‐Free Grain Boundary Engineered Hafnium Oxide Resistive Random Access Memory Devices.
In: Advanced Electronic Materials, 2019, 5 (10)
doi: 10.26083/tuprints-00017041
Artikel, Zweitveröffentlichung, Verlagsversion

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Kurzbeschreibung (Abstract)

A model device based on an epitaxial stack combination of titanium nitride (111) and monoclinic hafnia (111) is grown onto a c‐cut Al₂O₃‐substrate to target the role of grain boundaries in resistive switching. The texture transfer results in 120° in‐plane rotated m‐HfO₂ grains, and thus, in a defined subset of allowed grain boundary orientations of high symmetry. These engineered grain boundaries thread the whole dielectric layer, thereby providing predefined breakdown paths for electroforming‐free resistive random access memory devices. Combining X‐ray diffraction and scanning transmission electron microscopy (STEM)–based localized automated crystal orientation mapping (ACOM), a nanoscale picture of crystal growth and grain boundary orientation is obtained. High‐resolution STEM reveals low‐energy grain boundaries with facing (112) and (121) surfaces. The uniform distribution of forming voltages below 2 V — within the operation regime — and the stable switching voltages indicates reduced intra‐ and device‐to‐device variation in grain boundary engineered hafnium‐oxide‐based random access memory devices.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2024
Autor(en): Petzold, Stefan ; Zintler, Alexander ; Eilhardt, Robert ; Piros, Eszter ; Kaiser, Nico ; Sharath, Sankaramangalam Ulhas ; Vogel, Tobias ; Major, Márton ; McKenna, Keith Patrick ; Molina‐Luna, Leopoldo ; Alff, Lambert
Art des Eintrags: Zweitveröffentlichung
Titel: Forming‐Free Grain Boundary Engineered Hafnium Oxide Resistive Random Access Memory Devices
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 5 Januar 2024
Ort: Darmstadt
Publikationsdatum der Erstveröffentlichung: 2019
Ort der Erstveröffentlichung: Weinheim
Verlag: Wiley-VCH
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: Advanced Electronic Materials
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 5
(Heft-)Nummer: 10
Kollation: 9 Seiten
DOI: 10.26083/tuprints-00017041
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/17041
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Herkunft: Zweitveröffentlichung DeepGreen
Kurzbeschreibung (Abstract):

A model device based on an epitaxial stack combination of titanium nitride (111) and monoclinic hafnia (111) is grown onto a c‐cut Al₂O₃‐substrate to target the role of grain boundaries in resistive switching. The texture transfer results in 120° in‐plane rotated m‐HfO₂ grains, and thus, in a defined subset of allowed grain boundary orientations of high symmetry. These engineered grain boundaries thread the whole dielectric layer, thereby providing predefined breakdown paths for electroforming‐free resistive random access memory devices. Combining X‐ray diffraction and scanning transmission electron microscopy (STEM)–based localized automated crystal orientation mapping (ACOM), a nanoscale picture of crystal growth and grain boundary orientation is obtained. High‐resolution STEM reveals low‐energy grain boundaries with facing (112) and (121) surfaces. The uniform distribution of forming voltages below 2 V — within the operation regime — and the stable switching voltages indicates reduced intra‐ and device‐to‐device variation in grain boundary engineered hafnium‐oxide‐based random access memory devices.

Freie Schlagworte: grain boundary engineering, hafnium oxide, resistive switching memory, texture transfer, transmission electron microscopy
ID-Nummer: 1900484
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-170410
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Elektronenmikroskopie
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Dünne Schichten
Hinterlegungsdatum: 05 Jan 2024 14:17
Letzte Änderung: 08 Jan 2024 08:06
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