ファンデルワールスヘテロ構造により有効になっている巨大な非線形性を備えた2Dメモリセレクター

1セレクター1対1の抵抗器クロスバーアレイの統合には、漏れ電流と異なる細胞間のクロストークを防ぐために、高い非線形性と双極性を備えたセレクターが必要です。ただし、特にデバイスの小型化のフレームに十分な非線形性を備えたセレクターは、依然として不足しており、高密度ストレージデバイスの進歩を制限しています。ここでは、グラフェン/HBN/WSE2ヘテロ構造を構築することにより、高性能メモリセレクターが報告されます。300〜80 kの温度範囲内で、このセレクターの非線形性は、前方バイアスの下で≈103-104から≈104から変化し、2Dセレクター間で最も報告された非線形性である逆バイアスの下で≈300〜105に増加します。この改善は、低バイアスでの直接トンネリングと高バイアスでのファウラーノルドハイムトンネルに起因すると考えられています。トンネル電流対電圧曲線は、同等の穴と電子トンネルの障壁のために優れた双極性挙動を示し、電荷輸送極性は、源ドレインバイアスを単に変更することにより、n型またはp型から双極性に効果的に調整できます。さらに、概念的なメモリセレクターは、70 000の切り替えサイクル後に劣化の兆候を示さず、2Dセレクターを最新のメモリデバイスに組み立てる方法を開いています。

The integration of one-selector-one-resistor crossbar arrays requires the selectors featured with high nonlinearity and bipolarity to prevent leakage currents and any crosstalk among distinct cells. However, a selector with sufficient nonlinearity especially in the frame of device miniaturization remains scarce, restricting the advance of high-density storage devices. Herein, a high-performance memory selector is reported by constructing a graphene/hBN/WSe2 heterostructure. Within the temperature range of 300-80 K, the nonlinearity of this selector varies from ≈103 - ≈104 under forward bias, and increases from ≈300 - ≈105 under reverse bias, the highest reported nonlinearity among 2D selectors. This improvement is ascribed to direct tunneling at low bias and Fowler-Nordheim tunneling at high bias. The tunneling current versus voltage curves exhibit excellent bipolarity behavior because of the comparable hole and electron tunneling barriers, and the charge transport polarity can be effectively tuned from N-type or P-type to bipolar by simply changing source-drain bias. In addition, the conceptual memory selector exhibits no sign of deterioration after 70 000 switching cycles, paving the way for assembling 2D selectors into modern memory devices.