RRAM Variation Model

RRAM Device Model

• 2-D filament model 的主要變數：(1) tunneling gap distance、(2) conducting filament (CF) radius。
• SET model：(1) CF length、(2) CF radius。
• RESET model：(2) 電極釋放氧離子的速度、(2) 氧離子和空缺結合的速度。
• CF 溫度的影響。
• Device 的電流路徑包含： (1) hopping current path、(2) metallic conduction path。
• 寄生電容電阻效應：(1) 電極間電容、(2) 電極外之 contact 電阻、(3) 氧化物漏電路徑。

Variation Model

• LRS 的電阻值 variation 受到 CF radius fluctuations 的影響。
• HRS 的電阻值 variation 受到 tunneling gap distance fluctuations 的影響。
• Ion migration energy barrier 的隨機性會影響 switching voltage 的 variation。
• Overshoot 現象：由寄生電容造成。
• Read / write disturb 由 sub-threshold switching 造成。

Device 實驗結果

• Abrupt set and gradual reset。
• 改變 RESET maximum voltage 會使得 HRS 的電阻值不同。
• 改變 SET compliance current 會使得 LRS 的電阻值不同。

Reference

Li, H., Jiang, Z., Huang, P., Wu, Y., Chen, H. Y., Gao, B., ... & Wong, H. S. (2015, March). Variation-aware, reliability-emphasized design and optimization of RRAM using SPICE model. In 2015 Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE) (pp. 1425-1430). IEEE.