Resistive switching in nanometric BaTiO3 ferroelectric junctions
Los condensadores ferroeléctricos están formados por dos electrodos metálicos separados por una capa ferroeléctrica, y tienen un gran potencial para dispositivos lógicos y memorias. El carácter ferroeléctrico de la barrera permite la aparición de memoria multinivel con una respuesta (resistencia R)...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2018 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/666673 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/666673 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ferroelèctrics Ferroeléctricos Ferroelectric Unions túnel Uniones túnel Tunnel junction Dispositiu de memòria Dispositivos de memoria Memory device Ciències Experimentals 5 |
| Sumario: | Los condensadores ferroeléctricos están formados por dos electrodos metálicos separados por una capa ferroeléctrica, y tienen un gran potencial para dispositivos lógicos y memorias. El carácter ferroeléctrico de la barrera permite la aparición de memoria multinivel con una respuesta (resistencia R) que puede venir determinada por su historia (). El voltaje aplicado previamente permite escribir sobre el condensador distintos estados resistivos. Naturalmente, el éxito de este enfoque depende de la habilidad para fabricar condensadores ferroeléctricos con una gran respuesta RS a temperatura ambiente. El objetivo principal de esta tesis es el estudio del comportamiento RS de capas ferroeléctricas delgadas y ultradelgadas. En particular la distinta respuesta RS que tiene lugar dependiendo del espesor de las capas ferroeléctricas, el tiempo de escritura, amplitud y signo, temperatura y configuración de los contactos. Para ello se han utilizado condensadores ferroeléctricos basados en BaTiO3 epitaxial y se ha desarrollado una configuración completa, presentado en este documento. En condensadores ferroeléctricos basados en BaTiO3 ultrafino los electrones pueden atravesar la barrera mediante efecto túnel. En este caso el efecto de RS se origina como consecuencia de la dependencia de altura de la barrera con el estado de polarización ferroeléctrico. A pesar de que el proceso de “switching” “UP to DOWN” es similar al proceso inverso (“DOWN to UP”), en barreras con efecto túnel estos procesos diferentes generan dinámicas muy distintas. Las diferentes dinámicas consisten en una respuesta rápida para la inversión de la polarización de un signo, y una respuesta lenta para la inversión de polarización de signo contrario. Esto ha sido asociado a la presencia de campos eléctricos (“imprint”) causados por la asimetría intrínseca del dispositivo. La caracterización de los condensadores ferroeléctricos de BaTiO3, atendiendo al espesor de la barrera ferroeléctrica (t=3-110nm), muestra que el RS puede variar de magnitud y signo en función del espesor de la barrera y del protocolo de escritura. Medidas adicionales de temperatura han sido necesarias para evidenciar la existencia de una contribución al RS proveniente de un desplazamiento iónico asistido por campo eléctrico. Se discute cómo el balance relativo entre los procesos de difusión puramente electrónica e iónica modula la altura de la barrera Schottky y consecuentemente cómo son responsables de las variaciones observadas en la magnitud y signo de la electrorresistencia. En capas ultradelgadas se encuentra que estos procesos son despreciables y una modulación de la barrera de efecto túnel (puramente electrónica) tiene lugar. Aprovechando el conocimiento adquirido a lo largo de la elaboración del presente trabajo, se han utilizado condensadores ferroeléctricos de efecto túnel para implementar un dispositivo CRS (“Complementary Resistive Switching”). El CRS ha sido desarrollado para resolver el problema de corriente de “sneak” de arrays de memoria pasivos, lo cual abre oportunidades para conseguir arrays nanocrossbar de mayor densidad. Mediante el uso de una configuración simple de uniones túnel ferroeléctricas hemos implementado la funcionalidad del CRS que permite la lectura y escritura de estados binarios de idéntico estado de alta resistencia en el estado sin “bias”. Además, se demuestra experimentalmente que esta configuración aporta ventajas notables en cuanto al ahorro energético, y se discute sobre los resultados obtenidos los posibles obstáculos que esta funcionalidad podría enfrentar. |
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