Quy luật chuyển trạng thái điện trở từ HRS sang LRS và ngƣợc lại đƣợc giải thích qua cơ chế hình thành và đứt sợi dẫn Cu trong môi trƣờng ZnO khi áp điện thế. Dạng filamentary có thể hình thành nhƣ dạng san hô mọc ở hình 1.3.
Công thoát của Cu (4,65 eV) cao hơn ái lực điện tử của ZnO ( 4,35 eV), nguyên tử Cu rất nhạy với oxi nên Cu rất dễ trở thành ion Cun+ theo phƣơng trình 1.8.
Cu → Cun+ + ne- (1.8)
Do đó, ngay tại lớp tiếp xúc sẽ tồn tại nhiều ion Cun+. Dƣới tác dụng của điện
trƣờng có hƣớng thì ion Cun+ di chuyển từ điện cực trên xuống điện cực dƣới. Vì có sự
tồn tại của màng ZnO nên ion Cun+ từ điện cực trên khó di chuyển xuống điện cực dƣới.
Nhƣng tại lớp tiếp xúc của ZnO với điện cực dƣới thì các ion Cun+
bị khử ngay ở điện cực dƣới và trở thành Cu.
Cun+ + ne- → Cu (1.9)
Những nguyên tử Cu tạo ra mũi nhọn ở điện cực đáy, điện trƣờng ở vị trí mũi nhọn rất lớn, tiếp tục tạo ra lực hút các ion Cun+ về phía mũi nhọn này, mọc chồng lên theo dạng san hô mọc nối điện cực dƣới và điện cực trên tạo nên sợi dẫn Cu (filamentary), nên các electron từ cathode dễ dàng di chuyển qua các sợi dẫn để đến anode. Hình thành quá trình thiết lập set.
này khuếch tán vào các lớp ZnO, đóng vai trò cung cấp thêm điện tử nên điện áp ngƣỡng cho quá trình thiết lập thấp hơn cấu trúc đơn lớp, giúp hình thành các trạng thái thiết lập nhanh hơn cấu trúc đơn lớp, sợi dẫn hình thành chắc hơn nên V
reset phải lớn hơn.
Trong quá trình thiết lập lại (reset), khi màng ZnO quá dày, Cu
2+
khuếch tán vào ít, sợi dẫn hình thành yếu nên điện thế ngƣỡng để hình thành trạng thái nhỏ.
Sự hình thành sợi dẫn Cu làm cho điện trở trong màng giảm xuống ứng với trạng thái ON. Khi tiếp tục tăng điện thế đến một giá trị giới hạn nhất định, thì sợi dẫn Cu bị đứt ở phía cuối (anode) do hiệu ứng Joule - Lenz, ứng với trạng thái OFF.