Resistive switching in hafnium oxide

Resumo

La presente tesis estudia el fen¿meno de resistive switching en dispositivos metal/oxido/metal basados en ¿xido de hafnio (HfO2) para su potencial aplicaci¿n como memoria computacional no vol¿til. Los dispositivos objeto de estudio han sido fabricados por medio de fotolitograf¿a y m¿todos de deposici¿n de materiales met¿licos para los electrodos. Por su parte la pel¿cula el HfO2 de 20 nanometros de espesor fue crecida mediante atomic layer deposition de una forma completamente reproducible. Dispositivos con diferentes electrodos met¿licos fueron caracterizados el¿ctricamente para analizar el fen¿meno de resistive switching y el impacto en el mismo de los diferentes metales y utilizados como electrodos. En particular, el dispositivo Ti/HfO2/Co mostr¿ notables caracter¿sticas de reproducibilidad y estabilidad lo cual indujo una caracterizaci¿n m¿s profunda para analizar sus propiedades como memoria no vol¿til. Los resultados de diversas caracterizaciones indicaron buenas propiedades de memoria no vol¿til mientras que diferentes protocolos de medida proporcionaron informaci¿n muy significativa. De este modo, diferentes resultados experimentales sugirieron que ambas interfaces ¿xido/metal del dispositivo eran activas y presentaban resitive switching bajo la acci¿n de un campo el¿ctrico. Por otra parte se realiz¿ un extenso estudio del efecto de las condiciones de crecimiento del HfO2 mediante atomic layer deposition cuyos resultados, junto con los ya obtenidos en previas caracterizaciones, permitieron sugerir un origen y un mecanismo del efecto de resistive switching en nuestro dispositivos.As¿, la resistencia de ambas interfaces es modulada por la distribuci¿n de vacantes de ox¿geno que son atra¿das/repelidas de dichas interfaces en funci¿n del campo el¿ctrico aplicado. Un an¿lisis qu¿mico realizado mediante X-ray phothoelectron spectroscopy ha permitido establecer una correlaci¿n f¿sica entre las condiciones de crecimiento de los dispositivos y la respuesta el¿ctrica de los mismos en reacci¿n al efecto de resistive switching basada en la presencia de vacantes de ox¿ogeno en las regiones de interfaz. Finalmente, un marco matem¿tico asumiendo este escenario fue desarrollado y conform¿ los resultados experimentales verificando de este modo el mecanismo de resistive switching sugerido