Dispositivos de memoria basados en Ti02: fabricación y caracterización en ambientes hostiles mediante un contralor dedicado. - Barella, Mariano (Instituto Sabato, 2018)
En los últimos años han emergido un gran número de alternativas a las memorias flash contemporáneas. Una de las tecnologías candidata son las memorias ReRAM. El principio de funcionamiento de esta tecnología es la Conmutación de Resistencia: el cambio reversible y no-volátil de la resistencia eléctrica de un material frente a la aplicación de estímulos eléctricos. El efecto se manifiesta en una gran variedad de óxidos. En esta Tesis, trabajamos con TiO2 formando una estructura tipo capacitor, metal-óxido-metal, que hemos construido utilizando procesos de fabricación en sala limpia. Mediante técnicas como fotolitografía, sputtering, ataques húmedos y secos fabricamos dispositivos de geometría vertical para estudiar sus propiedades eléctricas. Estudiamos la física asociada al mecanismo de conmutación y sus mecanismos de conducción. Encontramos que los dispositivos fabricados por procesos tipo lift-off presentan gran variabilidad en sus características eléctricas. Hallamos que modificando el electrodo inferior del dispositivo, se mejora el rendimiento de la producción, en tanto que el mecanismo de conmutación y su carácter bipolar no fueron afectados por estas modificaciones. Además de la aplicación en circuitos lógicos como memorias, el fenómeno de la Conmutación de Resistencia puede ser explotado en áreas como diagnóstico médico por imágenes, detección de partículas en física experimental y en la industria aeroespacial. Esto es debido a su gran tolerancia frente a radiación ionizante en comparación a la tecnología CMOS utilizada actualmente. Estudiamos el comportamiento eléctrico de dispositivos basados en TiO2 en ambientes hostiles con radiación ionizante. Evaluamos su robustez en presencia de partículas cargadas y rayos gamma. Particularmente, encontramos que soportan altas fluencias de protones de alta energía y pueden operar en órbitas de baja altitud. Entre los entornos de radiación ionizante donde caracterizaremos a los dispositivos encontramos aceleradores de partículas como fuente de protones y satélites en órbitas terrestres de baja altitud. La necesidad de realizar mediciones en forma remota y con un instrumento portátil en dichos entornos motivó el desarrollo del controlador LabOSat (acrónimo de Laboratory On a Satellite' ). Debido a que durante las últimas décadas el sector de investigación y desarrollo dedicado a la ciencia espacial ha recurrido al uso de satélites siguiendo la norma CubeSat para realizar sus experimentos, diseñamos a LabOSat para maximizar la compatibilidad con este formato de satélites. El diseño y desarrollo del controlador, LabOSat, se realizó para operar en entornos con condiciones extremas como baja presión, baja temperatura y radiación ionizante. Como resultado, conseguimos desarrollar un instrumento de dimensiones reducidas, de peso liviano, portátil, con tolerancia a radiación y de bajo costo dedicado a la caracterización de componentes electrónicos en ambientes hostiles. Hemos validado al controlador como plataforma experimental para el estudio de dispositivos luego de ensayarlo en ambientes hostiles: LabOSat superó exitosamente pruebas de concepto en órbitas de baja altitud, soportó fluencias de protones de alta energía y demostró operar correctamente bajo altos flujos de neutrones térmicos y epitérmicos. Dicha validación nos permitió utilizar LabOSat para estudiar celdas de memoria de TiO2 en órbitas a 500 km sobre el nivel del mar.