Chaveamento resistivo em filmes finos de Azul da Prússia

Abstract

Os memristores são dispositivos de estado sólido onde a resistividade elétrica pode ser comutada pela aplicação de tensão externa, mantendo o valor da resistividade sem consumo de energia. Estados inalterados ao longo do tempo podem ser usadas como dispositivo de armazenamento de dados. A descrição teórica desse componente foi apresentada em 1970, e em 2008 o efeito de chaveamento resistivo (do inglês: resistive switching - RS) foi observado em laboratório. Atualmente, várias empresas (Panasonic, Intel e HP) e equipes de pesquisa estão trabalhando para desenvolver esses dispositivos para aplicações comerciais, da computação neuromórfica às memórias não voláteis. Neste trabalho, investigamos as propriedades elétricas associadas ao efeito (RS) em filmes finos eletrodepositados de Azul da Prússia (PB) e Branco da Prússia (PW). As medidas elétricas foram feitas em condições ambientais e usando o método de medida com 2 eletrodos. As amostras foram crescidas em substrato de Si recoberto por Au e projetadas na estrutura do tipo capacitor. Como resultado geral, o comportamento do RS é observado nas curvas I-V, com potenciais de chaveamento muito bem estabelecidos. São sugeridos também, quais mecanismos causam o efeito de alterar a resistividade. Os filmes PB apresentaram efeito RS com uma razão entre os estados de alta resistividade e baixa resistividade (do inglês: high/low resistance State - HRS/LRS) de duas ordens de magnitude. Nos testes de fadiga, o efeito se manteve, sugerindo boa estabilidade. Até esse o momento este material ainda não foi associado na literatura ao efeito RS, nesse sentido, este trabalho é pioneiro.

Abstract: Memristors are solid-state-devices where the electric resistivity can be switched by voltage control, retaining the resistance value without power consumption and can be used as data storage devices. The theoretical modeling of this component was presented in 1970, and in 2008 the resistive switching (RS) effect was observed in the laboratory. Currently, several companies (Panasonic, Intel e HP) and research teams are working to develop these devices for commercial applications, from neuromorphic computing to non-volatile memories. In this work, we investigate the electrical properties associated to the (RS) phenomenon in electrodeposited thin films of Prussian Blue (PB) and Prussian White (PW). The electrical measurements were made under ambient conditions using 2-probe measurement method. The samples were designed in capacitor structure with metallic electrodes, Au on the bottom and metal tip on the top. As a general results, the RS behavior is observed in I-V curves, with set and reset potentials very well established. Also decribed which mechanisms cause the effect of changing the resistivity in or material. PB films showed a RS effect with a ratio HRS/LRS (High-Resistance-State/Low-Resistance State) of two orders of magnitude. In the reproducibility tests, hundreds of cycles were performed, and the effect was maintained, suggesting good stability and non-volatility. This material has not been associated to RS effect so far; in that sense, this work is pioneering.