Photolithography-free Ge–Se based memristive arrays; materials characterization and device testing

The focus of this work is on the formation of a lithography-free redox conductive bridge memristor array, comprised of different compositions of GexSe1−x chalcogenide glasses with the aim of selecting the chalcogenide material that provides the best performance. Various memristive arrays were fabricated on a metal–chalcogenide–metal stack. This structure offers high device density with the simplest configuration and allows access to each nano redox conductive bridge device. It was found that the device stability and threshold voltage were a function of the chalcogenide glass composition, with the Ge-rich film contributing to the best device performance, which is attributed to the formation of rigid structure and the availability of Ge–Ge bonds. Additionally, these parameters were dependent on the thickness and the surface roughness of the chalcogenide glass. Application of a nonlithography method for fabricating the array structure offered excellent yield, stable ON–OFF states and good uniformity. This demonstration, along with success achieved at the single cell level, suggests that the redox conductive bridge memristor is well positioned for ultrahigh performance memory and logic applications. PACS Nos.: 81.05.Gc, 81.05.Kf, 85.40.–e. Résumé : Nous nous penchons sur la préparation d’un réseau de memristors à pont conducteur redox (CBRAM) sans lithographie, comprenant différentes compositions de verres chalcogénures GexSe1−x, dans le but de sélectionner le matériel chalcogénure qui donne la meilleure performance. Plusieurs dispositifs memristors ont été fabriqués par une série de couches métal– chalcogénure–métal. Cette structure offre une haute densité de dispositifs dans la configuration la plus simple et permet l’accès à chaque nanodispositif pont conducteur redox. Nous observons que la stabilité du dispositif et le voltage de seuil dépendent de la composition du verre chalcogénure, avec les couches riches en Ge donnant les meilleures performances, ce que nous attribuons à la formation de structures rigides et à la présence des liens Ge–Ge. De plus, ces paramètres dépendent de l’épaisseur et de la rugosité de surface de la couche de chalcogénure. L’application d’uneméthode sans lithographie pour fabriquer le réseau offre un excellent rendement, des états ON–OFF stables et une bonne uniformité. Cette démonstration, avec le succès obtenu au niveau de la cellule élémentaire, suggère que le memristor à pont conducteur redox est bien positionné comme dispositif mémoire d’ultra haute performance et pour des applications logiques. [Traduit par la Rédaction]