Electroformação e comutadas Propriedades de Binary-óxido TiO2

Electroforming e comutadas Propriedades de Binary-óxido TiO2
Filmes finos para aplicações em memória não volátil

filmes finos de TiO2 únicas para aplicações de memória não volátil foram preparados com sucesso em eletrodos de metal em várias concentrações de oxigênio, utilizando um sistema de pulverização catódica rf magnetron convencional. Todas as amostras claramente exibiu fenômeno da resistência negativa e comportamento de comutação de memória não-volátil. A fim de investigar a influência da estrutura cristalina e o tamanho da célula na resistência reversível propriedades de comutação, que variou o tamanho da célula de 400 a 2500μm2, e a estabilidade do ON / OFF tensão foi encontrado para dependem fortemente da cristalinidade do materiais de óxidos. Este efeito induzido electricamente, observado em materiais de óxido de binário à temperatura ambiente, mantenha tanto o benefício de novas propriedades dos materiais e da promessa de pedidos de alta densidade de memórias não voláteis

Recentemente, a resistência ao efeito de comutação, assim chamado reversível (EPIR) efeito de mudança de resistência eléctrica induzida por pulso, foi observada em vários materiais de óxidos, tais como os óxidos binários [1-6], materiais de perovskite [7-12], e calcogeneto materiais [13]. A corrente-tensão (I-V) características das estruturas de metal-óxido metálico (MOM) com estes materiais apresentaram uma drástica mudança na resistência entre um estado de alta resistência (OFF estado) e um estado de baixa resistência (ON estado). Este efeito EPIR, portanto, fornece uma base para uma memória não-volátil (NVM), a chamada resistência memória de acesso aleatório (ReRAM) para aplicações electrónicas. Este ReRAM é ainda muito bem avaliada devido ao seu consumo drasticamente reduzida potência, velocidade de comutação rápida (100 ns), e leitura não destrutiva [14-17]. Este efeito EPIR não só pode abrir uma nova área de pesquisa para a física fundamental, mas também fornecer uma variedade de aplicações possíveis, incluindo NVM. No entanto, o mecanismo físico de comutação esta resistência efeito é bastante claro neste momento. Assim, não tem um plano para melhorar as propriedades do dispositivo ou a uniformidade, a fim de alcançar aplicações práticas,

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Neste artigo, TiO2 uniqe películas finas para aplicações ReRAM com diferentes tamanhos de células foram preparadas em eléctrodos de metal pela utilização de um sistema de pulverização RF convencional a diferentes pressões de trabalho. Para verificar o mecanismo do comportamento de comutação resistência e para aplicar as propriedades de memória, investigaram-se as influências da estrutura cristalina e tamanho de microcélula sobre as propriedades eléctricas do TiO2
filmes. As propriedades estruturais dos filmes finos de TiO2 foram caracterizados usando difracção de raios-X (DRX). O comportamento de corrente-tensão (I-V) foi obtido utilizando uma unidade de fonte de medição Keithley interface-computador. Os nossos resultados sugerem que a crystaillinity bem definida de películas de TiO2 eficientemente controla a estabilidade das propriedades de resistência à comutação.

Experimento.

Uma camada tampão de Ti de 10 nm e, em seguida, um eléctrodo de Pt de filme inferior a 50 nm, foram depositadas no gás de Ar a uma pressão de 3,0 mTorr, utilizando um sistema de pulverização catódica CC. Subsequentemente, polycrytalline 150 nm de TiO2 filmes foram crescer substratos não Pt / Ti / Si por pulverização catódica de RF 4NTi alvo em um 20% de O2 / 80% de plasma de Ar à temperatura ambiente (TA). A deposição foi feito a uma pressão de base de 10-7 Torr sem qualquer interrupção de vácuo. Informações sobre a taxa de-posição para vários valores de pressão de trabalho ea taxa de fluxo de O2 é dada em outro lugar [18]. Para obter uma pressão de funcionamento que vão de 2 a 14mTorr, a taxa de deposição no modo de pulverização catódica reactiva foi cerca de 1,25 nm / min.
Finalmente, uma camada superior de Ti 100 nm foi depositada no gás de Ar a uma pressão de 3,0 mTorr, utilizando um sistema de pulverização catódica CC, à TA. Etching estruturas de MO de TiO2 / Ti no substrato de Si / Ti / Pt foi investigada em um plasma de gás CF4. Uma máscara foto-resistente foi empregue. O sistema de gravação iónica reactiva (RIE) tinha eléctrodos planos paralelos. A pressão de base foi 10-6Torr. As amostras foram fixadas sobre uma mesa de decapagem que foi colocado no eléctrodo inferior e arrefecido por água. A profundidade de gravação das amostras foi medido usando um estilete perfilometria

Resultados e discursões

FIG. 1 mostra os padrs de XRD dos filmes de TiO2 preparados aos vários pressão de trabalho sobre Si (100) substrates.To examinar a dependência da cristalização na pressão de trabalho em pormenor, analisou-se os padrões de XRD das películas de TiO2 preparado pelo 2~14 mTorr. Todas as películas foram depositadas à TA, e os caudais do Ar e os gases O2 foram fixados em 15 sccm 6 sccm /. Anrf potência de cerca de 120 W foi fornecido durante a deposição. Aumentando a pressão de trabalho transformou os filmes com uma estrutura rutilo para filmes com uma estrutura de anatase. Na Fig. 1, um pico rutilo de R (110) é claramente detectado até uma pressão de trabalho de 2 mTorr. Apenas um pequeno aumento na pressão de funcionamento a partir de 6 a 14 mTorr resultados na presença de um pico de difracção de alta intensidade da fase anatase (A (101)). Por conseguinte, os filmes finos de TiO2 só pode ser sintetizado de uma gama estreita da pressão de funcionamento e a fase de TiO2 é muito sensível a pequenas mudanças na pressão de trabalho. Além disso, o ligeiro desvio na posição do pico principal foi devido à tensão residual entre as películas de TiO2 e substratos

FIG. 2 (a) mostra a influência da energia de RF na taxa de corrosão das camadas de TiO2 / Ti, para as descargas RIE de Arand CF4. À medida que a potência RF é aumentada, o plasma torna-se mais dissociado, o que aumenta tanto o fluxo de iões e a densidade neutra reactivo [19,20]. A taxa de corrosão com CF4 foi consistentemente maior do que aqueles com CF4 / Ar puro e pulverização catódica Ar. Com um fluxo de gás CF4 de 15 sccm, as taxas de corrosão aumenta com a fonte de energia (que controla o fluxo de iões e a dissociação da descarga) e, em seguida, diminui W. beyond~500 Nas mais altas potências, as taxas de cair, provavelmente devido a uma combinação de energia de iões reduzida medida que a condutividade do plasma aumenta e sputter-dessorção dos reagentes antes que podem reagir com as superfícies de uma combinação de materiais. A taxa de corrosão das camadas de TiO2 / Ti exibe um máximo afiada de 56 nm / min a um fluxo de gás CF4 de 15 sccm. FIG. 2 (b) mostra uma fotografia da amostra gravada de uma multicamada MOM obtido usando RIE. O tempo de condicionamento total da multicamada corresponde à soma de que de cada camada. Cada padrão de células quadrado tamanho foi formada com boa uniformidade.