Dispositivos de memoria basados en conmutación de

Dispositivos de memoria basados en
conmutación de resistencia de junturas de TiO2
M. Barella*,1,2,4,6, N. Ghenzi1,2,6, D. Rubi1,2,6, E. Mangano4, G. Gimenez4,
3,4,6
3,5
1,2,6
F. Golmar
, P. Stoliar , P. Levy
1 GIA - GAIANN - CAC - CNEA, Bs. As., Argentina
2 Instituto Sábato - UNSAM, Bs. As., Argentina
3 ECyT - UNSAM, Bs. As., Argentina
4 CMNB - INTI, Bs. As., Argentina
5 CIC - nanoGUNE - País Vasco, España
6 CONICET, Bs. As., Argentina
* [email protected]
De qué se trata...
Procesos: litografía óptica + sputtering + lift-off
- Algunas junturas óxido-metal bajo la aplicación de un pulso de
voltaje o corriente presentan la posibilidad de conmutar entre
dos estados de resistencia eléctrica. Este comportamiento es
reversible y no volátil.
- El fenómeno involucra la formación de canales y el
desplazamiento de la vacancias de oxígeno.
- Presentan downscaling, alta retentividad (10 5 s), multiestados,
bajo consumo, velocidades altas de conmutación (< 10 ns) y
durabilidad de escritura/borrado (104 ciclos).
- Se muestra la fabricación, caracterización y encapsulado de
estructuras tipo MIM (metal/aislante/metal).
- La celda aislante es TiO2 amorfo depositado mediante sputtering
reactivo a temperatura ambiente mientras que los metales (Au y
Al) fueron depositados por evaporación o sputtering.
Curva IV
Excitación
Dispositivo formato Xbar con
conmutación de resistencia
Histéresis
de conmutación
Desplazamiento de vacancias de oxígeno de la
interfaz de Al/TiO2/Au
Baja resistencia (LR)
= '1'
Vacancia
de oxígeno
La adecuada elección de la
corriente de complianza durante
el
proceso
de
formado
determina el comportamiento de
la celda (bipolar, unipolar,
ninguno).
Multiestados
La resistencia (estado) se puede ajustar a cualquier valor
deseado. El truco está en la elección apropiada de los
parámetros de SET y RESET.
Voltaje de formado
Alta resistencia (HR)
= '0'
Miniaturización en
FIB - Dual Beam
Se midió el voltaje de formado en
función del espesor del óxido. Se halló
una relación lineal con un valor límite
de 3.7 V.
Destacados
Sucesivos pulsos de la misma
polaridad y el mismo voltaje
controlan la densidad de
vacancias de O2- en la
interfaz.
- Se fabricaron Xbar de hasta 480 junturas con excelentes características
para la conmutación de resistencia.
- Se estudiaron las características de la conmutación en Al/TiO 2/Au
alimentando en voltaje y limitando corriente. El efecto observado a partir de
la aplicación de varios pulsos de la misma polaridad apunta a la acumulación
de vacancias de oxígeno en la interfaz como el mecanismo de conmutación.
- La inalteración del voltaje de formado frente a la irradiación muestra la
potencial capacidad de uso como dispositivo resistentes a la radiación.
- Se encontró una ley fenomenológica para el voltaje de formado en
dispotivos de Al/TiO2/Au.
- Se logró encapsular dispositivos de 8, 27 y 39 junturas que están siendo
ensayados para aplicaciones aeroespaciales.
Encapsulado
Crecimiento de contactos metálicos + corte por sierra (dicing) + conexión
eléctrica con soldadura en DIP (bonding) + protección con epoxy
Irradiación
La radiación con iones de oxígeno
no varía el valor del voltaje de
formado. La alteración de otros
parámetros está aún bajo estudio.
Referencias
1)
2)
3)
4)
N. Ghenzi, M. J. Sanchez, F. Gomez-Marlasca, P. Levy and M. J. Rozenberg. JAP 107, 093719 (2010).
F. Gomez-Marlasca, N. Ghenzi, M. J. Rozenberg and P. Levy. APL 98, 042901 (2011).
F. Marlasca, N. Ghenzi, P. Stoliar, M. J. Sánchez, M. J. Rozenberg, G. Leyva and P. Levy. APL 98, 123502 (2011).
N. Ghenzi, F. Marlasca, P. Stoliar and P. Levy. Physica B 407, 3096 (2012).
5)
6)
7)
8)
9)
N. Ghenzi , M. J. Sánchez , M. Rozenberg , P. Stoliar , F. Marlasca , D Rubi and P. Levy. JAP 111, 084512 (2012).
F. Marlasca, N. Ghenzi, G. Leyva, C. Albornoz, P. Stoliar, D. Rubi, F. Palumbo and P. Levy, JAP 113, 114510 (2013).
I. Alposta, A. Kalstein, N. Ghenzi, S. Bengio, G. Zampieri, D. Rubi and P. Levy. IEEE T. M. 49,4582 (2013).
P. Stoliar, P. Levy, M. J. Sánchez, F. Marlasca, N. Ghenzi and M. Rozenberg. IEEE T. S. and C. II 61, 6689338 (2014).
N. Ghenzi, M. J. Sánchez and P. Levy. JP D: AP 46, 415101 (2013).