We developed a Pt/TaO$_x$/NbO$_x$/AlO$_x$/Ti memristor that shows both the ~10$^5$ of high self-rectifying ratio and ~10$^3$ of non-linear characteristics at below 1uA of programming current, which are desired for the high density and low power memristive crossbar applications. The device showed a continuous and uniform analog switching behavior, which makes it suitable for multi-bit memory or neuromorphic applications. Its retention and endurance characteristics are exceeding 2ⅹ10$^5$ seconds at 150℃ and >10$^5$ cycles, respectively. We propose an in-depth understanding on the switching mechanism based on the experiments and physical analysis. In addition, we demonstrate the optimized array-level methodology to maximize the characteristic of the memristor in the neuromorphic computing.
본 연구에서는 고 집적, 저 전력 동작의 크로스바 애플리케이션 적용을 위해 1uA 이하의 프로그래밍 전류에서 ~10$^5$의 자가 정류 비율과 ~10$^3$ 의 비선형성 특성을 갖는 Pt/TaO$_x$/NbO$_x$/AlO$_x$/Ti 전하 트랩 멤리스터를 개발하였다. 위 소자는 연속적이고 균일한 아날로그 스위칭 특성을 갖는데, 이는 다중 비트 메모리 또는 뉴로모픽 애플리케이션에 적합하다. 또한, 이 소자의 리텐션 (데이터 유지 기간)은 약 150도에서 이십만초, 내구성은 약 십만회를 초과하는 특성을 갖는다. 실험과 물리적 분석을 바탕으로, 위 소자의 스위칭 메커니즘에 대한 심도있는 이해와 가설을 제안한다. 또한, 뉴로모픽 연산에서 위 전하 트랩 멤리스터 소자의 특성을 극대화하기 위해 최적화된 어레이 수준 방법론을 제시하고 검증하였다.
