Comutação resistiva e bateria

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14297 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

Dispositivos de comutação resistiva (RS) altamente transparentes foram fabricados pelo cultivo de filmes finos de pentóxido de tântalo amorfo (a-Ta2O5) e óxido de índio e estanho (a-ITO) em substratos de vidro de borosilicato de bário (7059), usando evaporação por feixe de elétrons. Essas camadas exibiram transmitância superior a ~ 85% em toda a região visível e mostraram comportamento RS e características IV semelhantes a baterias. As características gerais do RS podem ser ajustadas usando o eletrodo superior e a espessura do a-Ta2O5. Filmes mais finos apresentaram comportamento RS convencional, enquanto filmes mais espessos com eletrodos metálicos apresentaram característica semelhante a uma bateria, o que poderia ser explicado por reações redox adicionais e efeitos capacitivos não Faradaicos. Dispositivos com características IV semelhantes às de bateria apresentaram maior reforço, retenção e baixa corrente de operação.

Dispositivos transparentes de comutação resistiva (RS) atraíram atenção científica significativa para o desenvolvimento de circuitos invisíveis, dispositivos eletrônicos de ultrabaixa potência, sensores e eletrônicos transparentes 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. A pesquisa atual sobre óxidos condutores transparentes (TCO) requer um equilíbrio delicado entre alta condutividade elétrica e transparência óptica no espectro visível. Além disso, existe a necessidade de incorporar outros elementos de circuito no TCO que possam realizar outras funcionalidades de processamento e armazenamento de informações. Especialmente, o dispositivo RS de dois terminais é promissor para superar as limitações fundamentais da complexidade do circuito, escala e consumo de energia . Em um dispositivo RS típico, a resistência é alterada entre estados resistivos baixos e altos de maneira reversível e não volátil sob a aplicação de campos e correntes elétricas. Além disso, o RS multinível também pode ter estados resistivos intermediários (IRS) que podem ser estabilizados em um único dispositivo usando tensão, corrente de conformidade e temperatura, o que poderia desempenhar um papel fundamental para armazenamento de alta densidade . ,20,21,22. Outro comportamento relacionado é do tipo memristivo, onde o valor da resistência é continuamente modificado com o histórico de tensão e corrente aplicadas que pode imitar a condição no cérebro, em que as conexões elétricas entre dois neurônios se tornam mais fortes cada vez que a conexão é abordada21,23, 24,25,26,27. As características de comutação memristiva e multinível são essenciais para o desenvolvimento da computação neuromórfica. Na verdade, os mesmos dispositivos RS de dois terminais (em geometria de capacitor) também podem ser aproveitados para fornecer energia localmente, também chamados de nanobaterias28,29 para aumentar a portabilidade e a eficiência. Óxidos metálicos de alto dielétrico, como óxido de háfnio (a-HfOx), óxido de tântalo (a-TaxOy) e óxido de ítrio (a-Y2O3) podem ser materiais muito promissores para o desenvolvimento de memória de acesso aleatório transparente-resistiva (T -RRAM) e dispositivos memristivos, que podem ser cultivados em baixa temperatura22,30,31,32,33,34,35,36. Os óxidos de tântalo (a-Ta2O5) cultivados por vários métodos físicos de deposição de vapor são altamente promissores, pois filmes transparentes altamente isolantes podem ser cultivados em temperaturas mais baixas. Portanto, seria interessante elucidar o papel da espessura do filme, do material do eletrodo, do aquecimento de Joule e se o óxido condutor transparente como o óxido de índio e estanho (ITO) pode ou não ser efetivamente integrado ao óxido de tântalo para T-RRAM ou memristores transparentes. Aqui, descobrimos que algum regime de espessura intermediária mostrou um novo tipo de características IV semelhantes a baterias, com maior resistência, retenção e corrente de fuga extremamente baixa, o que é importante para dispositivos de baixa potência. Propomos que um efeito capacitivo não Faradaico (NFC) possa ser responsável por este comportamento. O campo interno oposto auxilia na restrição da corrente de fuga e melhora a potência de operação nesses dispositivos. Este estudo abre oportunidades para incorporar os conceitos de nanobaterias em memristores e dispositivos RS baseados em Ta2O5, e levanta outras questões relacionadas aos mecanismos subjacentes do NFC.