Przełączanie rezystywne w tlenku niobu

1. Przełączanie rezystywne w tlenku niobu Anna Nowak Promotor : prof. dr hab. Jacek Szade Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2. RRAM, successor to: • Dyski SSD • Pamięci typu flash • Telefony komorkowe • Tablety DRAM Mass storage devices Typowa pamięć flash ma żywotność do 103 – 107 cykli

3. 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

4. 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) Figure 1. Sketch of filamentary conduction in MIM structures. Redrawn withmodifications from ref. 4. a, Vertical stack configuration. b, Lateral, planarconfiguration. The red tube indicates the filament responsible for the ON state. R.Waseret.al NatureMaterial 11.2007 • Figure 2. Classification of the resistive switching effects which are consideredfor non-volatile memory applications. The switching mechanismsbased on thermal, chemical, and electronic/electrostatic effects (fiveclasses in the center) are further described in the text. This review willcover the redox-related chemical switching effects (red bracket). Rainer Waser et al. Adv. Mater. 2009, 21, 2632–2663

5. 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

6. Tlenek niobu w postaci cienkiej warstwy został uzyskany za pomocą metody RF sputtering z Nb targetu następnie utleniona w temperaturze 300°C w 10-4mbar O2

7. Wynik XPS dla tlenku niobu w postaci kryształu i cienkiej warstwy

9. Lokalne przewodnictwo • Nb2O5cienkie warstwy były badane przy użyciu LC-AFM • Zostały przeprowadzone pomiary w zależności od temperatury Size: 500 x 500 nm Size: 500 x 500 nm On Redukcja w temperaturze 300°C UHV Size: 250 x 250 nm 100.0nm Topografia 50.0nm Mapalokalnegoprzewodnictwa Zakres przewodnictwa : 0 do 840.46nA Zakresprzewodnictwa: 0 to 67.26 nA Chropowatośćpowierzchni : RMS=0.330 nm Napięcie na igle :0.700 V

10. Redukcja w temperaturze400°C UHV Zakresprzewodnictwa: 0 to354,42nA Napięcienaigle: 0.982V Mapalokanegoprzewodnictwa Topografia Redukcja w temperaturze600°C UHV Zakresprzewodnictwa: 0 to 763.05 nA Napięcienaigle: 0.700V 100nm 100nm Topografia Mapalokalnegoprzednictwa Chropowatośćpowierzchni: RMS=0.330 nm

11. 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 reflektometriirentgenowskiej 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.

12. Dziękuje za uwagę