Тема: МЕМРИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В СЭНДВИЧ-СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛ/ПОЛУПРОВОДНИК/МЕТАЛЛ НА ОСНОВЕ АНОДИРОВАННОГО ДИОКСИДА ТИТАНА

В настоящее время технология энергонезависимой flash-памяти вплотную приблизились к пределу масштабирования и сталкивается с серьезными фундаментальными и инженерными трудностями при размерах менее 22 нм [1]. Данные трудности определены самим принципом работы данного типа памяти - регистрации и переносе заряда. Вследствие этого крупнейшие электронные компании, такие как IBM, Samsung, Intel, Sharp, HP, Panasonic, Fujitsu и др. ведут активные работы в области разработки микросхем памяти с различными принципами записи и хранения информации. Одной из таких технологий является энергонезависимая резистивная память ReRAM (Resistive Random Access Memory).
В связи с этим большое внимание уделяется изучению процессов резистивного переключения в тонких слоях полупроводников и диэлектриков. В данном направлении активно исследуется диоксид титана в связи с изготовлением первого пассивного элемента мемристора на его основе в 2008 году. В слоистых структурах на основе TiO2 указанное мемристивное поведение обеспечивается кислородными вакансиями на границе металл-оксид. Известно, что толщина и дефектность оксидного слоя определяют отношение между электрическими сопротивлениями структуры в низко- (Rlrs) и высокоомном (Rhrs) состояниях, а значит и ее помехозащищенность. В свою очередь, материал и размер верхнего электрода также влияют на проявление свойств резистивного переключения. Мемристивный эффект проявляется не только в сплошных оксидных слоях, но и в упорядоченных массивах нанотрубок диоксида титана, которые получаются путем электрохимического окисления титана при различных условиях.
Таким образом, целью данной выпускной квалификационной работы является исследование влияния толщины оксидного слоя, материала электрода и его площади на процессы резистивного переключения сэндвич-структур Н/ТЮ2/Ме на основе нанотубулярного диоксида титана.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• ознакомиться с литературными данными более ранних исследований;
• синтезировать структуру Т1/Т1О2/Ме;
• исследовать методами растровой электронной и оптической микро­скопии, рентгенофазового анализа и спектроскопией комбинационного рассеяния;
• провести измерения вольт-амперных характеристик.
Купить

По результатам выполнения выпускной квалификационной работы можно сделать следующие выводы.
1. Написан литературный обзор по мемристорам на основе оксидов металлов. Показано, что в настоящее время имеется достаточное количество теоретических и экспериментальных данных по исследуемой тематике. Описаны свойства, принципы работы, способы изготовления мемристоров с использованием различных методов и материалов. Рассмотрены процессы формирования самоупорядоченных нанотубулярных оксидных слоев на основе диоксида титана, в качестве функциональной среды элементов мемристивной памяти. Описаны характеристики существующих мемристоров с момента их экспериментального открытия и по настоящее время, а также продемонстрированы области их применения.
2. Проведен синтез нанотубулярных массивов TiG2-HT на поверхности титановой фольги методом электрохимического оксидирования во фтор содержащем растворе при варьировании напряжения от 5 до 120 В. Показано, что толщина полученных слоев изменяется от 60 до 500 нм, а диаметр нанотрубок от 30 до 60 нм при варьировании параметров процесса анодирования (режим, напряжение, время, тип электролита). Выполнена аттестация полученных образцов методами растровой электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и спектроскопией комбинационного рассеяния. Подтверждено получение самоупорядоченной нанотубулярной аморфной структуры диоксида титана в следствии анодирования титановой фольги.
3. Масочным методом синтезированы сэндвич-структуры Ti/TiO2-HT/Au и Ti/TiO2-HT/Ag с диаметрами мемристивных элементов ~ 100 мкм и ~ 5,5 мм. Проведена аттестация полученных образцов методами растровой электронной и оптической микроскопии.
4. Исследовано влияние материала верхнего электрода на резистивное переключение сфабрикованных сэндвич-структур. Анализ экспериментальных ВАХ показал, что использование серебра вместо золота приводит к «схлопыванию» ВАХ до ВАХ омического контакта и уменьшению тока электроформирования в « 50 раз. Показаны преимущества использования Лп в качестве материала верхнего электрода.
5. Исследованы ВАХ сэндвич-структуры Т1/ТЮ2-НТ/Ли с диаметром мемристивных элементов 5,5 мм в полных циклах резистивного переключения и в процессах, симулирующих многократное считывание информации. Приведены прямые экспериментальные доказательства биполярного резистивного переключения исследованной структуры. Определены значения сопротивлений в низко- (Вгкз - 3 Ом) и высокоомном (Кнлз - 180 Ом) состояниях. Сделано заключение, что высокое соотношение Кжз/Иькз -58 может повысить устойчивость к электромагнитным помехам при функционировании перспективных мемристорных устройств на основе массивов нанотрубок диоксида титана.
6. Для сэндвич-структуры Т1/Т1О2/Лп с диаметром мемристоров 100 мкм оценено влияние толщины оксидного слоя в диапазоне й = 80 - 200 нм на соотношение сопротивлений структуры в низко- и высокоомном состоянии. Продемонстрировано, что наибольшее отношение Книв/Вглв - 150 при количестве циклов записи ВАХ п « 20 получены для оксида с й =160 нм. Выявлено, что при уменьшении й в исследованном диапазоне ток электроформирования структуры изменяется от 10 мА до 10 мкА.
7. Для сэндвич-структуры Т1/Т1О2/Лп с диаметром мемристоров 100 мкм выполнены измерения в режиме имитации многократного переключения. Показана работоспособность мемристорной структуры на протяжении 17 тыс. циклов переключения при изменении соотношения сопротивлений Кжз/Иькз от «40 до «8. Показано, что увеличение тока электроформирования в диапазоне 1э = 10 - 30 мкА приводит к снижению отношения Кжз/Иькз в интервале 8,2 - 1,4 раз.. Определено оптимальное значение тока 1э = 10 мкА.
Таким образом, цель данной выпускной квалификационной работы достигнута, а все поставленные задачи решены.
Купить