A Cu-Memristor case study by EIS measurements
Creators: name: Γκέσιος, Βασίλειος Προκοπίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Μνήμη μεταβολής αντίστασης
Ηλεκτροχημική εναπόθεση χαλκού
Περίπτωση μεμρίστορ (αντίσταση μνήμης)
Resistance change memory
Copper electrodeposition
Memristor case

description: H μελέτη μιας περίπτωσης memristor (εννοώντας ενός συστήματος που επιδεικνύει χαρακτηριστικά memristor συμπεριφοράς, χωρίς να αξιώνεται η συσκευή αυτή ως memristor), με σύστημα αναφοράς ένα σύστημα μεταλλικής εναπόθεσης μέσω της ομώνυμης ηλεκτροχημικής διεργασίας (Cu/Cu-WE/CE, CuSO4 ως ηλεκτρολύτης) που πραγματοποιήθηκε μέσω ηλεκτροχημικών μετρήσεων φασματοσκοπίας εμπέδησης. Δοκιμάστηκε η ικανότητα ενός τέτοιου συστήματος να λειτουργήσει ως στοιχείο μνήμης μέσω fitting των φασμάτων εμπέδησης που προέκυψαν μέσω δράσης AC συνιστώσας (1mHz ως 1MHz, 2mV πλάτος) ως συστημικής διέγερσης για τη μέτρηση των φασμάτων και αφού παρουσιάστηκε ηλεκτρικό ισοδύναμο στο μελετούμενο σύστημα ισοδύναμο κύκλωμα, του οποίου το κάθε μέρος αναπαριστά έναν παράγοντα επίδρασης στο μελετούμενου σύστημα, έγινε προσπάθεια προσδιορισμού των παραμέτρων του ισοδύναμου κυκλώματος και η εξέλιξή τους με βάση τις αλλαγές που επιφέρει στο σύστημα η DC πολωτική συνιστώσα (-0.5V ως +0.5V, μέρος της διάταξης EIS μετρήσεων) που οδηγεί την εναπόθεση Cu. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως το σύστημα επιδεικνύει τουλάχιστον τρεις περιοχές σταθεροποίησης της κατάστασης εμπέδησης που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογή μνήμης και αυτές αποδίδονται στη διάταξη των διαστρωματικών επιστρώσεων Cu επάνω στη διεπιφάνεια. Άρα το DC-φορτίο που οδηγεί τη διαδικασία εναπόθεσης διαλλέχθηκε ως μεταβλητή της κατάστασης του συστήματος (σε αναλογία με το πάχος της doped περιοχής στο TiO2 memristor). Οι ιδιότητες λοιπόν του συστήματος αποδίδονται σε ορισμένα από τα στρώματα Cu που που εναποτέθηκαν επάνω στο carbon υπόστρωμα και τα μετρούμενα φάσματα διατηρούνται απαράλλακτα για μερικές ημέρες (φτάνει η ανάγνωση να πραγματοποιείται με επίδραση AC συνιστώσας μικρού πλάτους, άνευ DC). Η R2 αντίσταση στο ισοδύναμο κύκλωμα είναι η αντίσταση της διεπιφάνειας στη μεταφορά φορτίου μέσω ηλεκτροχημικών διεργασιών, άρα αποδίδεται στην εμπέδηση που επιδεικνύουν τα εναποτεθειμένα στρώματα Cu και αποτελεί σύνδεσμο με τη μεταβλητή καταστάσεως του συστήματος αλλά βοηθά και στην εποπτεία όλων των βαθμίδων φορτίου που επιδρούν στο σύστημα και αφορούν τη διεπιφάνεια και τις επιστρώσεις Cu. Περιλαμβάνεται ανάλυση και απεικόνιση SEM ορισμένων καταστάσεων του συστήματος μαζί με χημική ανάλυση των παρατηρούμενων περιοχών για βελτίωση της διαδικασίας κατανόησης και εποπτείας των ενδοσυστημικών διεργασιών
description: A Memristor case (meaning a device showing aspects of memristive behavior, no claim of a memristor in this case) study concerning metal deposition electrochemical cell with Cu-Cu (WE-CE) electrode configuration in CuSO4 bath was studied by EIS measurements. The system’s ability to work as memory element was tested by fitting the Z-spectra resulted by AC (1mHz to 1MHz, 2mV) stimulus to define the equivalent circuit (chosen to emulate the cell’s electronic behavior) parameters and their evolution considering the charge amount transferred to the system by the DC-polarization (-0.5V to +0.5V, part of the EIS-setup) V-source controling the Cu-deposition. The results show that the electrochemical Cu-electrodeposition cell used in the experimental process (Cu/Cu – WE/CE) provides storage at at least 3 steady impedance regions that are able to memorize the material’s configuration of the Cu-layers. The DC charge component of the EIS setup was used as state variable of the studies system (like TiO2 memristor’s w, doped area length), a measure of the charge transfer in the system. The memristive device properties are attributed to a few Cu layers deposition on carbon controlled by the DC-polarization; the Z-spectra remains stable for several days, so far as, the DC-current remains zero (only AC component of the monitoring measurements). R2 resistance, the interface resistance, the charge transfer resistance due to faradaic electrochemical reactions is the linkage with the state variable of the DC charge component and also the linkage to monitor the charge gradients that occur on the interface and also for the deposited copper resistance. SEM imaging and in-situ chemical analysis of the deposited Cu is also included for better insight
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)