Nanoméretű VO2 fázisváltó memória kapcsolásának vizsgálata végeselem szimulációval
Investigation of nanoscale VO2 phase-change memory device using finite element simulation
Keywords:
vanadium dioxide, resistive memory, microelectronics, finite element simulation, phase change, /, vanádium-dioxid, rezisztív memória, mikroelektronika, végeselemes szimuláció, fázisváltozásAbstract
Vanadium dioxide (VO2) undergoes a structural transformation from a semiconducting structure to a metallic phase at around 68°C. Accordingly, the electrical resistivity of the material decreases by several orders of magnitude. The phase transition can also be triggered electrically, by applying a sufficiently high voltage. In this paper, the separate and combined effects of Joule heat and electric field on the transition process are investigated using the finite element method.
Kivonat
A vanádium-dioxid (VO2) 68°C körül félvezető szerkezetből fémes fázisba alakul át. Ennek megfelelően az anyag elektromos ellenállása több nagyságrenddel csökken. A fázisátalakulás a környezeti hőmérséklet megemelése mellett elektromosan is kiváltható, kellően nagy feszültség alkalmazásával. Ebben a dolgozatban a Joule-hő és az elektromos tér különálló és együttes hatását vizsgáljuk a kapcsolás folyamatára végeselemes szimulációval.
References
L. Pósa, Resistive switching in ultrasmall nanogap devices. PhD Thesis, 2019.
L. Chua, Memristor-The missing circuit element. IEEE Transactions on Circuit Theory. 1971, 18(5), 507-519.
D. B. Strukov et al., The missing memristor found. Nature, 2008, 453, 80-83.
D Ielmini, Reliability issues and modeling of Flash and post-Flash memory. Microelectronic Engineering - MICROELECTRON ENG, 2009, 86(7-9), 1870-1875.
Z. Wang et al., Fully memristive neural networks for pattern classification with unsupervised learning. Nature Electronics, 2018, 1, 137–145.
N. Manca et al., Planar nanoactuators based on VO2 phase transition. Nano Letters, 2020, 20(10), 7251–7256.
Y. Kalcheim et al., Non-thermal resistive switching in mott insulator nanowires. Nature Communications, 2020, 11, 2985.
B. Simon Mun et al., Role of joule heating effect and bulk-surface phases in voltage-driven metal-insulator transition in VO2 crystal. Applied Physics Letters, 2013, 103, 061902.
A. Joushaghani et al., Electronic and thermal effects in the insulator-metal phase transition in VO2 nano-gap junctions. Applied Physics Letters, 2014, 105, 231904.
Pávó J., Badics Zs., Bilicz S., Gyimóthy Sz., Elektromágneses terek modellezése, elektronikus egyetemi jegyzet, BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar, edu.vik.bme.hu (2021) (átdolgozás és kiegészítés alatt)
COMSOL, Heat Transfer Module, User’s guide (2018)
https://doc.comsol.com/5.4/doc/com.comsol.help.heat/HeatTransferModuleUsersGuide.pdf
M. Kang et al., Optical and thermal properties of V2O5 thin films with crystallization. Journal of the Korean Physical Society, 2013, 62, 1134–1138.
D.-W. Oh et al., Thermal conductivity and dynamic heat capacity across the metal-insulator transition in thin film VO2. Applied Physics Letters, 2010, 96(15), 151906.
X. Sheng, Z. Li, Y, Cheng, Electronic and Thermoelectric Properties of V2O5, MgV2O5, and CaV2O5. Coatings, 2020, 10(5), 453.
M. Eckstein, T. Oka, and P. Werner, Dielectric breakdown of mott insulators in dynamical mean-field theory. Phys. Rev. Lett., 2010, 105, 146404.
S. M. Bohaichuk et al., Localized triggering of the insulator-metal transition in VO2 using a single carbon nanotube. ACS Nano, 2019, 13, 11070–11077.
