Spatially resolved analysis of resistive switching in transition metal oxide thin films [Elektronische Ressource] / Ruth Christine Landrock

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• Publié par: rheinisch-westfalischen_technischen_hochschule_-rwth-_aachen
• Publié le: 01 janvier 2011
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• Langue: Deutsch
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Extrait

onSpRainerak,tiallPr?fung:yPhresolhvedKlanalInysisorgelegtofChrisresistiveD?sseldorf,switchingrsit?tspinersit?tsprofessortransitiondermetistalcoDissertationxideonthinerinfilmsLandroVM?nstermannonhlandderUnivFessorakulasertUw?Tt?ndlicf?rDieseElektrotecdhnikderundhInformationstecvhvnivkDiplomderysikRheiniscRuthh-Wtineestf?liscchengeb.TausecDeutschniscBerichenter:HoecrofhscDr.hWuleUnivAacDr.henezuremradtErlangungagdesmakhenademisc01.04.2011henDissertationGradesaufeinerenDoktorinternetseitenderHoNaturwissenschschulbibliothekalineftenerf?gbar.genehmigteonSpRainerak,tiallPr?fung:yPhresolhvedKlanalInysisorgelegtofChrisresistiveD?sseldorf,switchingrsit?tspinersit?tsprofessortransitiondermetistalcoDissertationxideonthinerinfilmsLandroVM?nstermannonhlandderUnivFessorakulasertUw?Tt?ndlicf?rDieseElektrotecdhnikderundhInformationstecvhvnivkDiplomderysikRheiniscRuthh-Wtineestf?liscchengeb.TausecDeutschniscBerichenter:HoecrofhscDr.hWuleUnivAacDr.henezuremradtErlangungagdesmakhenademisc01.04.2011henDissertationGradesaufeinerenDoktorinternetseitenderHoNaturwissenschschulbibliothekalineftenerf?gbar.genehmigteundKurzfassungeiterenDerestetigElektrowhaltetenacihsehionzeigendehaltenMarktArtf?rDemobileVelektroniscmakroskhewGer?teAFM,soScwieungdiezeitlicfortsctmosph?renhrei-etendeMes-VLeitf?higkerblungsparameteresserunghderReRAMvDieerwdasendetenunBauelemenundtevmacnheneinedieScSucwirdheSknacwichterscneuar-mationentigen,egungnicergleichTt-?cZusammenhanghdentigenhalteigenscSpSceictherkAusonzeptenerdenerforderliconh.dasResistivhene?higkRandomer?nderungen,Aeinerc-ncessindemMemorydem(ReRAM)mitZelelektronenlen,UndiexistenzeeinesausenneinemGesam?bDiskussionergangsmetaloScxid-Filmdiezwisceshenderzwinduziert.eiEnElektroeinesdeninbhenestehen,iefertsinderbSauerstobesondersdervielvEinersprecderhend,Datendaopiesiezeigteinenhenniedri-ukturgenokStromundvauf.erbraucAnpassungh,hscchnelleineScderhaltzeitenunundFilmeneineeinemgutehrittSkenaliedurcrbvarkieitdenaufwteisen.St?ResistivundesdurcSchaltenhaltenZelleinrdsolcalhenhElemenobtennacbasierthaltenaufGrenz?ceinemtivlokundalenopieRedowird.xphrozKe?,sderninamenvielenDieseDetailserm?glicnoulationchaltvhneunzugrundevhanismerstandenhaltspannist.anInsbSpitze,esondereresistivderScgenaueaufOrtNanometerundaladDieiheetlateraleklungAusdehngescungZustandesdesunSchiedlichaltensGas-AsindlwicInfor-h?btigdief?rderdieewpinnerhalbotenProbtielle.SkValierbarkheitconductivundAFMsindmitbisherransmissionselektronenmikroskn(TEM)ursungenindirektdenerforsczwischdertfektstrwundorden.lInalendiesereits-ArbSceihaftentEwirdneresistivderehicstherstel-Scerm?glihaltenhdeegezielterariationbDefektstruktur.eidendenMotersucdelsystemetenSrTiOw3inundwTiOSc2kmittelsvRasterkraftmikrosktionelleopieZellenmithleitenderAufbringenSpitzeon(conductivopescAFM)Elektrolokhergestellt.alLeiaufgel?stfuneits-,tersucchmetrie-t.StrukturvDazudiewherdenSczun?cinhstReRAMdieenstehen,inh?reneteneEigensclokhaftenaufgel?stdertersucFilmet,ohnedieobereeredeElektrohdeScbabgel?stestimmdiet.heDieconduc-SpitzeedesTEMAFMsPhotowirdEmissionsmikroskals(PEEM)eineermessenmobileDieNanotersucelektroungendedieeingesetzt,odieeinediehomogelokealeundLeitf?higkl-eitt?renmihaltprozesses.tErkeinertnisselateralenhenAu?sungSimbisdes10tscnmerhaltensabbildeneikdetaillierteann.desDurcliegendenhhaltmecAnlegenus.einerandAbstractedThetransmissionquestresistivforinadelibnon-veolatile,wssmallcanandofastlocomputertmemoryandcalls(PEEM)forometrynewThismem-hingorynanomeconcepts.insighResistivcess.eersRandomerties.AOnccesstMemorycom(ReRAM)xpbasedmonitoringonbtransitionconductivitmetalactivoaxidesulationisunderlyingansistivattractivvescale.candidateatmospheresfortfuturethecomputerconductivmemories,(TEM)btheecauseanditmohasoftconheReRAMpaf-oteneletialpassivofmappingaeloresolvwemissionpofoealswonerandconsumptionthecomelbinedoth,withswitcfastinformationswitchinghingdiscspaeedsoltage,andswitcgoeoondescalationbtirolitinynature.migrationWhilehingincomparisongeneral,AFMswitcmicroscophinguncoinimplicationssucmicrostructurehconductivitsystemshingrelieswthonalloavlomi-calotherredoenxo-electroreaction,aremanhedyardsdetailstheiraredes.stillofunknoconductivitwnographortheunderininytenseadiscussion.spEspye-microscopciallyanthedefectgeometricalTEMloimpactcalizationswitcoflothe,switchhingEmploproascessswitcremainsdetodistinguishbhomogeneouseamenclaried.proSpatiallyresolvresolvaedtheconductivitehaydetail,ofstructurehanism.andswitcstoicvhiometryrestudieseofhingswitcbhedindevicesestigatedareanecessarytforraRetencompletestudiesunderstandingdierenofgasthepswitcvidehingtsmectohanismheandofthexygenultimateduringscalabilitswitcypropAoteofnetialandofelectronayfuturedatadevice.vInallthisofthesis,lms'resistivonecalswitcyhingswitcofproptGrowparameterodicationsrepresenwtativerateeariationsmothedcrostructure.ethelhand,systems,vSrTiOtional3wanddeTiOcells2swi,cisandinterwvstrippestigatedobtopyctroconductivAebinationatomicaforceemicroscopyytop(conductivyeofAFM).eTosedwterfacobmeasuremeconductivnAFM,tspatiallycongurationsedareectroscopicused.bOnphototheelectrononeyhand,andbare,elucidationvirgithenstructureoyxiderevlmstheareofinevhingestigated.theThecaltipyofstructurethestoicAFMiis.usedyingastipaansensitivee,hingmobileectronano-alloelectrotode,bimagingatheandlolcaltaryconductivithingycess.withspatiallyaedresolutionenablesdsimoofwnswitctobaviorfewa10ednm.ussionBythebiasingmecitwith.Contents.1.Intro.ductionSubstrate11.2.F.undamentals4315.2.1.Classication.of.R3.3eEmissionsistiv.ely.Switc.hing.Materials..45.........des.........Sp15.2.1.1.Basic4Op.erating.Principle......Dep...y...Inuence...Three-dimensional...e-dimensional.50...Measurem.......oltage..15.2.1.238V-alency.ChangeyMemory.Eect..3.4.2.......de.Preparation.............T......16.2.1.3.Lo.calerNaturewthof.Resistiv.e.Switc.hing............Coheren...........4.t..18.2.2.SrTiO.3.as.atMondel.System........Photo.ectroscop.......3.4.1.i.y.........on.............wth20Defect2.2.1ThinCrystal.Structure..........43.reatmen...........44.Preparation...........44.Conditions........20.2.2.2LaElecytrroni.c.Structure........45.Dopan.............48.wth...........49.Th.wth..20.2.2.3.Conductivit.y.and.P.oin.t.Defect3Chemistry3.2.2.en.Mo................23.2.3.TiO.235.Curren.-V.Measureme.ts.....................3.4.Electron.Sp.y.PEEM...........38.X-ra.Absorpt.on.ectroscop............27.2.3.1.Crystal40StructureInformati.Depth.......................40.Gro.Mo.and.Structure.4.1.Film..........27.2.3.2.Conductivit.y..........4.1.1.T.t.......................4.1.2.arget............28.3.Exp.erimental.Metho.ds.314.1.33.1ositionPulsed.Laser.De.p.osition.-.PLD..........4.2.y.b.La.e.Gro....................31.3.2.A.tomic4.3FoforcetsMicroscop.y.-.AFM....................4.4.Gro................33.3.2.1.Basic.Principle..4.4.1.t.re.Gro...............7.82ConCrystallitenects.4.4.2.Isl.an.d.Gro.wth..Studies.7.2.3...Lo.Filamen.....85.Conclusion...........AFM.......Resistiv.7.4.3.hing...Resistiv......53.4.5.Gro.wthInof.Anatase.TiO.2VirginFilms7.2.2...stiv.......101...PEEM.....of.................State56.4.5.1.Groedwth.C.oPn.di.t.i.ons......of.91.......First.i...lamination.....E.....R.....Main.ed.op..56.4.5.2.ThinStructureFilm.Prop.erties7.3.3.......-...108.hing...7.4.1...109.Switc.................8..57.4.6FConclusionn.Switc.......6.2.4.Mo.........Switc.y...........88.................7.A.erfac.Delamination....59.5.Virtual.Electro.de91Switchinge61Amorphous5.12AFM.Tip.Induce7.2.1destSwitc.hing......Inuence.ectroforming.........Inuence.s.Switc.......7.3.Channel.F.3.7.3.1.y....61.5.2.Inuence.of.thDeeTEMSurrounding.A.tmosphere......hiometry...........103.Conductivit.e.......Iden66ely5.3.Reo.xidation.of.thedLoSwitcw.Resistance.StateTip-induce.Resistiv.......Switc.............7.4.4.del....69.5.3.1.Basic.Principles.of.Oxygen.Incorp.oration....6.2.3.ormed.a.d.e.hing........70.5.3.2.Reo84xidationSimpliKineticsElectroforming.del.................6.2.5.hing.olarit....................73.5.4.Mec6.3hanism.and.Conclusion............................89.Investigation.the.ctive.t.e.7.1.T.hnique..75.6.Electrofo.rming.and.R.e.sistive.S.witching.of.MIM7.2StructuresConductiv79AFM6.1-SampleTPreparationO...........93.De.T.-.Junction.............93.The.of.l..............80.6.1.194SputteredTheTiOof2e.i.e.hing.............99.The.Conductance.-.ne.e-dop.SrTiO...101.T.ograph.-........80.6.1.2.PLD.gro.wn.F.e-dop.ed.SrTiO7.3.23fect.-.....................102.Stoic.-......80.6.2.Electrical.Characterization..........7.3.4.cal.y.Conductiv.AFM.............7.4.tication.Resistiv.Switc.Areas......81.6.2.1.Virgi.n109StateTip-induce.Homogeneous.e.hing.........7.4.2.d.tary.e.hing.........111.MIM.hing................81.6.2.2.Elec.tr.o111formingSwitc.Mo.........................113..9Con131tenrytsA7.5.ConclusionList.133.d...8.Bibliography.T.of.reviations.wl.ement.....119.Summa.121.124.of.ables.List.Figures.Abb.139.ckno.e.g.141..tsCon10ten