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Diego Rubi

Conmutación resistiva en óxidos funcionales: hacia nuevas memorias RRAM. Diego Rubi Grupo de Materia Condensada, Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de Energía Atómica.

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Presentation Transcript

  1. Conmutación resistiva en óxidos funcionales: hacia nuevas memorias RRAM Diego Rubi Grupo de Materia Condensada, Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de Energía Atómica

  2. Conmutación resistiva o resistive switching: cambio reversible y no volátil de la resistencia de una estructura Metal-Aislante-Metal ante la aplicación de un campo eléctrico • Interés tecnológico: desarrollo de memorias RRAM (Resistive Random Access Memories) • Velocidades de conmutación del orden de los nanosegundos (>>velocidad que memorias flash) • Alta constante dieléctrica  miniaturización y bajo consumo

  3. Investigación básica comenzó hace 40 años…. • El resistive switching aparece como un fenómeno ubicuo • óxidos binarios: TiO2, HfO2, SnO2, CuO, NiO, ZnO… • óxidos ternarios: SrTiO3, SrZnO3… • óxidos complejos: YBCO, manganitas…

  4. El RS puede ser unipolar o bipolar Unipolar, Pt/NiO/Pt Bipolar, Ti/La2CuO0/La1.65Sr0.35CuO4

  5. Localización geométrica de la zona “activa” clasificación a primer orden del RS: • Creación/ruptura de filamentos conductores confinados localmente • Efecto de interfase distribuido homogéneamente sobre toda la superficie del electrodo metálico en la estructura metal/aislante/metal. Las vacantes de oxígeno juegan un papel fundamental

  6. Material de interés: BiFeO3 • Multiferroico (ferroeléctrico y antiferromagnético) a temperatura ambiente  multifuncionalidad • Resultados preliminares en muestras cerámicas de Bi0.9Ca0.1FeO3 y Bi0.9Ba0.1FeO3 indican la existencia de RS

  7. film substrate Proyecto a corto plazo: crecimiento de películas delgadas • Esta es la forma elegida para aplicaciones • Posibilidad de crecer fases metaestables (estabilización epitaxial), difíciles o imposibles de obtener en bulk y monocristales • Posibilidad de “sintonizar” las propiedades de los materiales (efectos de tensiones, efectos de tamaño finito) • Combinar diferentes materiales en multicapas o composites, con funcionalidades mejoradas Film Substrate lattice mismatch  strain

  8. Crecimiento de películas delgadas: Pulsed Laser Deposition (PLD) • Sistema en etapa de compra en CAC-CNEA • Sistema funcionando en FI-UBA

  9. Metodología: Crecimiento de films • Determinación de parámetros óptimos de crecimiento (temperatura del substrato, presión parcial de oxígeno, frecuencia del láser, distancia blanco-substrato…) • Caracterización por XRD. Fases parásitas?. Crecimiento epitaxial? • Determinación del modo de crecimiento (capa por capa, islas…)  microscopía de fuerza atómica (AFM)

  10. Metodología: Caracterización estructural de los films • Rocking curves • Phi-scans • Mapas de espacio recíproco (RSM) Difractómetro 4-círculos Panalytical en etapa de adquisición (D. Vega)

  11. Metodología: Caracterización magnética • Magnetómetro Versalab QD (CAC-CNEA) • Magnetómetro SQUID QD (Red Nacional Magnetismo) Cerámico de Bi0.9Ba0.1FeO3

  12. Metodología: Caracterización eléctrica • Depósito electrodos metálicos (sputtering, evaporación, litografía) • Keithley 2400 • Keithley 4200 • Micro Probe-Station • Osciloscopios, fuentes de tensión/voltaje, etc. • PCs para control remoto (GPIB) • Determinación del proceso óptimo de forming • Mediciones de RS en diferentes escalas de tiempos, analizando transitorios durante la aplicación del pulso. • Estudio de la influencia de diferentes parámetros eléctricos: duración, amplitud, polaridad y secuencia de los pulsos. • Dependencia del RS con el tipo de electrodo metálico • Estudio de la dependencia del RS con el área de los contactos (filamentos o interfase)

  13. Metodología: Caracterización eléctrica Resultados preliminares en cerámicos de Bi0.9Ca0.1FeO3 Efectos de acumulación de pulsos

  14. Metodología: Caracterización eléctrica Resultados preliminares en cerámicos de Bi0.9Ca0.1FeO3 Efectos de relajación del RS • Relacionado con el bajo campo eléctrico alcanzable en cerámicos • En capas delgadas, se espera un RS mucho más robusto

  15. Resumen • Proyecto propuesto: • Crecimiento de capas delgadas por PLD de BiFeO3 y óxidos relacionados • Caracterización morfológica (AFM) y estructural (XRD) • Medición de propiedades magnéticas • Medición de propiedades eléctricas: efectos de conmutación resistiva. Estudio del mecanismo de RS para distintos óxidos, electrodos y geometrías. Determinación del efecto de diferentes protocolos eléctricos de medición Otro proyecto en la temática: RS en TiO2 y manganitas desde un approach más tecnológico (Pablo Stoliar)

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