Hybrid Resistive Switching Devices Based On Soft Nanocomposites

This thesis investigates the preparation and characterization of organic Nano composite (NC) based hybrid Resistive switching device (RSD) or memristor. The research in this field has been going on for years, yet a proper device with a unified working principle has never been developed in practical memory application. The main aim of the research activity is to fabricate an RSD based on organic nanocomposite and to focus on its working mechanism, material properties and electrical characteristics in detail. Several experiments were conducted to obtain an optimized hybrid device measuring its endurance, memory retention, memory window (On/Off) etc. The initial stage of research dealt with the development of a planar symmetric RSD based on Silver NC. Here the resistive switching was explained in terms of field-induced formation of conductive filament along the silver clusters. This work enables the assembling of a logic device, which exhibits a bipolar non-volatile switching behaviour that is controlled by means of the current compliance level. The work further progressed with the use of silver salt along with Ionic Liquid (IL) in various polymeric matrices. This active matrix worked well both on symmetric (RSDs with identical electrodes) as well as on asymmetric RSDs (RSDs with electrodes made different metal). The addition of room temperature Ionic Liquid plays an important role in initiating permanent memory and reducing the set voltage range which was a real eye opener in the present research work. The presence of well dispersed silver ions in the polymer matrix which has a great diffusivity, helps to maintain reversible electrochemical states that store information or logic bits in the form of recoverable conducting filament in our polymer based hybrid switching matrix. In this work, we present a detailed study showing the interaction between the polymer and the Nano particles by means of various techniques. The hybrid switching matrix based RSDs discussed here, present some of the best results obtained worldwide in the field of Polymer hybrid RSDs. The active switching matrices prepared throughout our research enables an easy deposition onto various substrates thus widening printed electronics potentialities. The final part of the thesis deals with the fabrication and characterization of a low power, high speed hybrid selector device.

Questa tesi studia la preparazione e la caratterizzazione del dispositivo di commutazione resistivo ibrido (RSD) a base di nano composito (NC) organico o memristor. La ricerca in questo campo è andata avanti per anni, ma un dispositivo appropriato con un principio di funzionamento unificato non è mai stato sviluppato nella pratica applicazione della memoria. Lo scopo principale dell'attività di ricerca è di fabbricare un RSD basato sul nanocomposito organico e concentrarsi sul suo meccanismo di funzionamento, sulle proprietà del materiale e sulle caratteristiche elettriche in dettaglio. Sono stati condotti numerosi esperimenti per ottenere un dispositivo ibrido ottimizzato che ne misura la durata, la conservazione della memoria, la finestra di memoria (On / Off) ecc. La fase iniziale della ricerca si è occupata dello sviluppo di una RSD simmetrica planare basata su Silver NC. Qui la commutazione resistiva è stata spiegata in termini di formazione indotta da campo di filamento conduttivo lungo i cluster di argento. Questo lavoro consente l'assemblaggio di un dispositivo logico, che presenta un comportamento di commutazione non volatile bipolare che viene controllato mediante l'attuale livello di conformità. Il lavoro è progredito ulteriormente con l'uso di sale d'argento insieme a Ionic Liquid (IL) in varie matrici polimeriche. Questa matrice attiva ha funzionato bene sia su simmetrici (RSD con elettrodi identici) sia su RSD asimmetriche (RSD con elettrodi realizzati in metallo diverso). L'aggiunta di Ionic Liquid a temperatura ambiente svolge un ruolo importante nell'avviare la memoria permanente e ridurre l'intervallo di tensione impostato che è stato un vero colpo d'occhio nel presente lavoro di ricerca. La presenza di ioni d'argento ben dispersi nella matrice polimerica che ha una grande diffusività, aiuta a mantenere gli stati elettrochimici reversibili che immagazzinano informazioni o bit logici sotto forma di filamento conduttivo recuperabile nella nostra matrice di commutazione ibrida basata su polimero. In questo lavoro, presentiamo uno studio dettagliato che mostra l'interazione tra il polimero e le particelle nano mediante varie tecniche. Gli RSD ibridi a matrice di commutazione discussi qui, presentano alcuni dei migliori risultati ottenuti in tutto il mondo nel campo degli RSD ibridi Polimero. Le matrici di commutazione attive preparate durante la nostra ricerca consentono una facile deposizione su vari substrati, ampliando così le potenzialità dell'elettronica stampata. La parte finale della tesi riguarda la fabbricazione e la caratterizzazione di un dispositivo di selezione ibrido a bassa potenza e ad alta velocità.