Comutação resistiva por filamentos verticais em filmes finos de ZnO

The resistive random access memories (ReRAM) are a class of emerging devices of the new generation of non-volatile memories. Many researchers have been providing many efforts to understand and develop these new memories by presenting simple metal-insulator-metal structure (MIM), easy of read / write...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2016
Main Author: Melo, Adolfo Henrique Nunes lattes
Orientador/a: Macêdo, Marcelo Andrade
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal de Sergipe
Programa: Pós-Graduação em Física
Assuntos em Português:
ZnO
Assuntos em Inglês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://ri.ufs.br/handle/riufs/5365
Citação:Melo, Adolfo Henrique Nunes. Comutação resistiva por filamentos verticais em filmes finos de ZnO. 2016. 94 f. Dissertação (Pós-Graduação em Física) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2016.
Resumo Português:As memórias resistivas de acesso aleatório (ReRAM) são uma classe de dispositivos emergentes da nova geração de memórias não voláteis. Muitos pesquisadores vêm dispondo muitos esforços para compreender e desenvolver essas novas memórias por apresentarem estrutura simples metal-isolante-metal (MIM), facilidade de gravação/leitura, alta densidade de armazenamento e baixa potência consumida. A comutação resistiva (CR) é o fenômeno base para o funcionamento dessas memórias, na qual quando uma dada tensão elétrica é aplicada no dispositivo MIM, este pode sofrer a comutação de seu estado de resistência inicialmente isolante (HRS – High Resistance State) para um estado de resistência condutora (LRS – Low Resistance State). A CR já foi observada em diversos materiais como ZnO, NiO, perovskitas e alguns sólidos eletrolíticos, na qual dois comportamentos típicos foram percebidos: unipolar e bipolar. No comportamento unipolar a comutação é independente da polaridade aplicada, ao passo que no comportamento bipolar há essa dependência. No entanto, ainda não é bem conhecida a influência do meio isolante no tipo de comportamento ou como as propriedades cristalinas do isolante podem favorecer um comportamento ou outro. Dessa forma, neste trabalho foram construídos, através de um sistema de sputtering, dispositivos com estrutura Pt/ZnO(t)/ITO e Pt/ZnO(t)/Pt sobre substratos de vidro, onde t foi o tempo de deposição da camada de ZnO que variou de 3 min a 3 h. Medidas de DRX foram realizadas mostrando que a cristalinidade das amostras cresceu com o tempo de deposição para t > 30 min, porém os dispositivos com t < 30 min nenhum plano cristalino foi observado. O comportamento da CR de todos os dispositivos indicou que a comutação de HRS para LRS se deu por criação de filamentos condutores baseados em vacâncias de oxigênio, conectando os eletrodos. Foi observado que não houve influências significativas do eletrodo inferior em relação ao valor da tensão de formação filamentar. Em todos os dispositivos o processo de destruição dos filamentos foi baseado no efeito Joule, na qual o caminho condutor foi destruído de forma permanente causando danos estruturais no interior da matriz do ZnO. As análises mostraram que os comportamentos da CR dependeram da qualidade da matriz do ZnO, na qual valores adequados de vacâncias de oxigênio se fazem necessários para o bom desempenho em memória resistiva.
Resumo inglês:The resistive random access memories (ReRAM) are a class of emerging devices of the new generation of non-volatile memories. Many researchers have been providing many efforts to understand and develop these new memories by presenting simple metal-insulator-metal structure (MIM), easy of read / write, high storage density and low power consumption. The resistive switching (RS) is the basic phenomenon for the functioning of these memories, in which when a given voltage is applied to the MIM device, it may suffer the switching from initial insulating resistance state (HRS - High Resistance State) to a conductor resistance state (LRS - Low resistance state). The RS has been observed in various materials such as ZnO, NiO, perovskites and some solid electrolyte, in which two typical behaviors were observed: unipolar and bipolar. The unipolar switching behavior is independent of the applied polarity, while the bipolar behavior is not dependent. However, the influence of the insulating medium at kind behavior has not been known yet or how the insulating properties of the crystal may favor one or other behavior kind. Thus, in this study were constructed devices with structure Pt/ZnO(t)/ITO and Pt/ZnO(t)/Pt on glass substrates, where t is the deposition time of the ZnO layer varing from 3 min to 3 h. XRD measurements were performed showing that the crystallinity of the samples increased with the deposition time t > 30 min, however, the devices with t < 30 min no diffraction peak was observed. The RS behavior of all devices indicated that the switching from HRS to LRS was given by creation of conducting filaments based on oxygen vacancies, connecting the electrodes. It was observed that there was no significant influence of the lower electrode from the value of the filament forming voltage. In all devices the process of destruction of the filaments was based on the Joule effect, in which the conductive path is permanently destroyed that caused structural damage inside the ZnO matrix. The analyses showed that the behavior of RS was quality dependent of ZnO matrix, where appropriate values of oxygen vacancies are necessary for better performance in resistive memory.