Dispositivos memristivos basados en oxidos ferroelectricos
2018
| Tesista | Miguel Andrés RENGIFO MOROCHO Ingeniero en Física - Universidad Nacional de Colombia - Colombia Doctor en Ciencia y Tecnología, Mención Física - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina |
| Director | Diego RUBI. CNEA, UNSAM - Argentina |
| Lugar de realización | Gerencia Investigación y Aplicaciones - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina |
| Fecha Defensa | 27/03/2018 |
| Jurado | Dr. Carlos ACHA. UBA, CONICET - Argentina Dr. Rodolfo Daniel SÁNCHEZ. UNCuyo, CONICET - Argentina Dra. Laura STEREN. CNEA, UBA, CONICET - Argentina |
| Código | IS/TD 115/18 |
Título completo
Dispositivos memristivos basados en óxidos ferroeléctricos
Resumen
Se estudiaron dispositivos de memoria resistiva basados en la perovskita titanato de bario BaTiO3 (BTO) en forma de películas delgadas depositadas sobre sustratos de Pt/Ti/SiO2/Si, Nb:SrTiTiO3 y NdScO3. Los depósitos se realizaron mediante las técnicas de magnetrón sputtering y ablación por láser pulsado. Se optimizaron las condiciones de depósito y se estudió la influencia de distintos electrodos metálicos en el comportamiento eléctrico de los dispositivos. La motivación para utilizar un óxido ferroeléctrico como memoria resistiva se asocia al hecho de que la dirección de la polarización eléctrica debe modular la altura de la barrera Schottky formada en la interfaz óxido/electrodo metálico; esto es, un efecto electrónico que se cree debe mejorar las prestaciones en relación a los mecanismos usuales de conmutación resistiva asociados a la migración de defectos (por ejemplo, vacancias de oxígeno). Se encontró que los dispositivos metal/aislante/metal (MIM) crecidos sustrato de silicio platinizado Pt/Ti/SiO2/Si (111), y con electrodo superior de Ti, mostraron efectos de conmutación resistiva (no ferroeléctrica) asociados a la formación de un filamento conductor de vacancias de oxígeno o a la oxidación reducción de una capa ultradelgada de TiOx formada en la interfaz Ti/BaTiO3. La estabilización de uno u otro mecanismo depende de la morfología y estequiometria de las películas de BaTiO3. Las películas depositadas no presentaron ferroelectricidad de largo rango.
Adicionalmente se estudiaron dispositivos epitaxiales crecidos sobre sustratos de SrTiO3: Nb con electrodos superiores de Pt y sobre NdScO3 con electrodos inferior y superior simétricos de SeRuO3 y Pt. En el primer caso se observó conmutación resistiva asociada a mecanismos de migración de vacancias de oxígeno, mientras que en el segundo caso sí se observó la presencia de conmutación resistiva de origen ferroeléctrico.
Por otra parte, se fabricaron películas delgadas de óxidos con potencial comportamiento multiferroico. Se depositaron por la técnica de magnetrón sputtering (MS) dos sistemas propuestos teóricamente como multiferroicos intrínsecos, derivados de la ferrita de bismuto (BiFeO3): el Bi2FeTiO3 (BFTO) y el Bi2FeNiO3 (BFNO). Los resultados mostraron que se logró estabilizar la fase de doble perovskita en el primero de los casos, obteniéndose películas de muy buena calidad desde el punto de vista morfológico (baja rugosidad y formación de terrazas y escalones).
Complete Title
Menristive devices based on ferroelectric oxides
Abstract
We studied memristive devices based in the perovskita of Barium Titanate BaTiO3 (BTO) in form of thin films deposited onSiO2/Si, Ni:SrTiO3 and NdScO3 substrates. The films were deposited by Magnetron Sputtering (MS) and Pulse Laser Deposition (PLD). We optimized the optimal deposition conditions and studied the influence of several types of metallic electrodes in the behavior of devices. The first motivation for use a ferroelectric oxide for resistive memory are associated for the fact that the polarization direction have module the height of the Schottky barrier in the oxide/metallic electrode interface, this is an electronic effect that it believe enhance the performance in relation to usual mechanism in resistive swhitching associated to defects migration (for example oxygen vacancies). We find that metal/Insulator/metal devices grown over platinized silicon subtrates Pt/Ti/SiO2/Si (111) and top electrode of Ti, it showing resistive switching behavior (No ferroelectric) associated with the formation of a conducting filament of oxygen vacancies or process oxide/reduction of the thin film of titanium oxide in the Ti/BaTiO3 interface. The establishment of the one or other mechanism is related whith the morphological and stequimetric characteristic of the BaTiO3 films. The thin films are not present long range ferroelectricity.
Additionally they were studied epitaxial devices grown on SrTiO3: Nb substrates, with upper Pt electrodes and on NdScO3 substrates with SrRuO3 bottom and Pt electrodes. In the first case we found resistive switching associate to migration mechanism of oxygen vacancies, where as in the second case me found resistive ferroelectric switching.
On the other hand, we fabricated thin films oxides with potential multiferroic behavior. We deposited two systems by magnetron sputtering system that they are proposal with multiferroic intrinsic systems and derivate from Ferrite bismuth (BiFeO3) : The Bi2FeTiO3 (BFTO) y el Bi2FeNiO3 (BFNO). The results show that we reached the double perovskite phase in the first case, with thin films of high quality of the morphological point of view (low roughness and formation of terraces and steps).
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