Transcript Przełączanie rezystywne w tlenku niobu

Przełączanie rezystywne w tlenku 
niobu
Anna Nowak
Promotor : prof. dr hab. Jacek Szade
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
RRAM, successor to:
•
•
•
•
Dyski SSD
Pamięci typu flash
Telefony komorkowe
Tablety
DRAM
Mass storage devices
Typowa pamięć
flash ma żywotność
do 103 – 107 cykli
Przełączanie rezystywne
Silna zmiana oporu elektrycznego w ograniczonym obszarze materiału o wysokim
oporze pod wpływem przyłożonego napięcia rzędu kilku V
unipolarne
bipolarne
a) Unipolar switching. The SET voltage is always higher than the RESET voltage, and the
RESET current is always higher than the cc during SET operation. b) Bipolar switching. The SET
operation occurs on one polarity of the voltage or current, the RESET operation requires the
opposite polarity. In some systems, no cc is used. Please note that the I–V curves of real systems
may deviate considerably from these sketches, for both operation schemes.
Rainer Waser et al. Adv. Mater. 2009, 21, 2632–2663
A.Sawa MaterialsToday vol11 06.2008
Figure 1. Sketch of filamentary conduction in MIM structures. Redrawn
with modifications from ref. 4. a, Vertical stack configuration. b, Lateral,
planar configuration. The red tube indicates the filament responsible for
the ON state. R.Waser et.al NatureMaterial 11.2007
Figure 2. Classification of the resistive switching effects
which are considered for non-volatile memory applications.
The switching mechanisms based on thermal, chemical, and
electronic/electrostatic effects (five classes in the center)
are further described in the text. This review will cover the
redox-related chemical switching effects (red bracket).
Rainer Waser et al. Adv. Mater. 2009, 21, 2632–2663
Zaobserwowano
przełączanie
rezystywne w takich
materiałach jak:
• SrTiO3, Ta2O5, TaOx ,
TiOx, NiOx, CuOx,
Nb2O5, Al2O3, CoO,
WOx, Pr0.7Ca0.3MnO3
• materiałach
organicznych tj.
PTCDA (C24H8O6)
Nb2O5 w postaci kryształu i cienkiej warstwy
Kryształ został otrzymany za pomocą metody
topienia strefowego w Centrum Badawczym w
Jülich, Niemcy
Crystal system: monoclinic
Group: P2/m
Lattice parameters:
a = 20.3622 Å
b = 3.8263 Å
c = 35.0271Å
α = 90°
β = 95.826 °
γ = 90°
Struktura była zmierzona za pomocą 4-kołowego dyfraktometru SuperNova firmy Agilent Technologie
Tlenek niobu w postaci cienkiej warstwy został uzyskany za pomocą metody RF sputtering z
Nb targetu następnie utleniona w temperaturze 300°C w 10-4 mbar O2
1e+0
1e-1
1e-2
1e-3
1e-4
1e-5
1e-6
1e-7
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
Incident angle (deg)
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Layer
Layer Description
Density (g/cm3)
Thickness (nm)
Roughness (nm)
6, 0
5, 0
NbO1.1
Nb0.762 O0.238
7.414
6.537
3
14.882
6.854
3.166
4, 0
Nb0.25 O0.75
2.176
7.138
1.28
3, 0
2, 0
1, 0
Substrate
H-Nb2O5
B-Nb2O5
NbO2
Si
5.68
4.8
5.825
2.33
42.962
5.238
6.056
600000
26.268
1.684
12.782
0.377
Nb3d crystal
0,8
0,6
0,4
0,2
Normalized intensity (a.u.)
1,0
0,0
Te
mp
er
at u
re
RT
500
213
212
211
210
209
208
207
206
205
Binding energy (eV)
Wynik XPS dla tlenku niobu w postaci kryształu i cienkiej warstwy
O1s
RT
500C
10000
8000
c/s
6000
4000
2000
Nb2O5 single crystal
0
535
534
533
532
531
530
Bindig energy (eV)
529
528
527
O1s
Nb3d
150
Nb3d
Room
Temperature
Element [° C] Fitting line
O1s
300
Nb3d
O1s
450
Nb3d
O1s
600
Nb3d
O1s
208,1
210,95
530,95
532,09
280,01
210,76
530,98
531,94
206,7
207,96
209,17
210,68
531
532,26
204,79
205,79
208,89
210,53
212,12
530,98
531,94
532,74
204,29
205,14
207,09
208,61
210,49
214,49
530,96
532,3
Nist Databese
Nb2O5
206,6
206,9
207
207,1
207,2
Nb3d 5/2
207,3
207,55
207,9
208,1
210,2
529,6
530,2
530,3
530,4
530,8
202,8
Nb3d 5/2 203,7
204,7
205,2
205,7
Nb3d 5/2
206,1
207,6
O1s
530,7
O1s
NbO
NbO2
Lokalne przewodnictwo
 Nb2O5 cienkie warstwy były badane przy użyciu LC-AFM
 Zostały przeprowadzone pomiary w zależności od temperatury
Redukcja w temperaturze 300°C UHV
Size: 500 x 500 nm
Size: 500 x 500 nm
On
Size: 250 x 250 nm
100.0nm
50.0nm
Topografia
Mapa lokalnego przewodnictwa
Zakres przewodnictwa : 0 do 840.46nA
Zakres przewodnictwa: 0 to 67.26 nA
Chropowatość powierzchni : RMS=0.330 nm
Napięcie na igle :0.700 V
Redukcja w temperaturze 400°C UHV
Zakres przewodnictwa: 0 to 354,42 nA
Napięcie na igle: 0.982V
Mapa lokanego przewodnictwa
Topografia
Redukcja w temperaturze 600°C UHV
Zakres przewodnictwa: 0 to 763.05 nA
Napięcie na igle: 0.700V
100nm
100nm
Topografia
Mapa lokalnego przednictwa
Chropowatość powierzchni: RMS=0.330 nm
Wnioski
• Został zbadany tlenek niobu w postaci krystalicznej i cienkiej
warstwy
• Kryształ otrzymany za pomocą techniki topienia strefowego
posiada strukturę H-Nb2O5
• Badania wykonane za pomocą reflektometrii rentgenowskiej
wykazały ze cienka warstwa ma grubość 76nm i składa się z kilku
rodzajów tlenku niobu.
• Widoczny jest silny wpływ temperatury na cienką warstwę
niobową. Struktura warstwy zaczyna się już zmieniać w
temperaturze 300°C.
• Cienka warstwa tlenku niobu wykazuje zjawisko przełączania
rezystywnego.