Memorias resistivas en interfases óxido-metal - Schulman, Alejandro Raúl (2015)
Las memorias resistivas están entre los principales candidatos a ser utilizadoscomo elementos en una nueva generación de memorias no volátiles. Esto se debe asu bajo consumo energético, una alta velocidad de lectura/escritura y a la posibilidadde lograr memorias de alta densidad compatibles con los procesos de la tecnología CMOS actual (por sus siglas en inglés: Complementary Metal–Oxide–Semiconductor). El funcionamiento de estas memorias se basa en la conmutación resistiva (CR), que consiste en el cambio controlado de la resistencia de una interfase metalóxidoa través de estímulos eléctricos. Si bien hasta el presente no se ha podidodeterminar con certeza el mecanismo físico que controla la CR, se piensa que estábasado en el movimiento de vacancias de oxígeno que formarían de manerareversible zonas de alta/baja conducción dentro del óxido. La presente tesis tiene como objetivo principal entender los mecanismosfísicos que gobiernan a la CR y poner en evidencia algunos de los aspectos esencialesque pueden contribuir a lograr dispositivos útiles desde el punto de vista tecnológico. Para ello se han realizado estudios de las características principales de la CRpara distintas interfases metal-óxido a distintas condiciones de temperatura. Se hanutilizado Au, Pt y Ag como metales y los siguientes óxidos complejos YBa2Cu3O7–δ (YBCO), La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) y La0.7Sr0.3CoO3 (LSCO). Se han elegido estos óxidoscomplejos debido a que presentan características similares, como ser materialesfuertemente correlacionados con una estructura cristalina tipo perovskita y una altamovilidad de oxígenos, lo que afecta muchas de sus propiedades físicas, ya quedependen fuertemente de la estequiometría. Nuestros resultados han demostrado la existencia de una CR bipolar en todosestos sistemas. Ésta es explicada satisfactoriamente a través de un modelo dedifusión de vacancias de oxígeno asistidas por campo eléctrico. Se han caracterizado las interfases como dispositivos de memoria, estudiandosus mecanismos de conducción, encontrándose una conducción dominada por unmecanismo del tipo Poole-Frenkel para la muestra de YBCO y una conducción del tipo SCLC para el LSCO y el LSMO. Adicionalmente, se ha conseguido una alta durabilidady repetitividad en el funcionamiento de estas junturas como dispositivos de memoria, gracias a la optimización en el protocolo utilizado para escribir/borrar, lográndosemás de 103 conmutaciones consecutivas sin fallas en dispositivos bulk. También se ha estudiado el efecto de la acumulación de pulsos idénticos enlas interfases obteniéndose una relación entre la amplitud de la CR y el número depulsos aplicado a amplitud y temperatura fijas. Luego de someter la interfase a ciclosde fatiga eléctrica, se ha encontrado una similitud entre la evolución de la resistenciaremanente en esta con la propagación de defectos en un metal sometido a pruebasde fatiga mecánica. Esta relación puede ser usada como base para generar unalgoritmo de corrección de errores y para mejorar la efectividad y el consumo deenergía de estos dispositivos de memoria. Finalmente, se han realizado estudios sobre la evolución temporal de cadaestado de resistencia. Hemos demostrado que sigue una ley exponencial estirada conun exponente cercano a 0.5 y un tiempo característico dado, que depende tanto dela temperatura como de la potencia utilizada. Estos resultados implican que laevolución temporal no está dominada por un proceso estándar de difusióntérmicamente activado. La difusión de vacancias de oxígeno ocurre en una superficiecon una densidad de trampas que depende de la temperatura, donde dicha superficiecorrespondería físicamente a los bordes de grano del óxido.