Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

6 INTEGRATION VON METHYL-SILSESQUIOXAN
Es wurden Top- und Bottom-Elektroden mit Messnadeln kontaktiert, eine Spannung
zwischen den beiden Elektroden angelegt und der Strom durch die Crossbars gemessen.
Die Spannung wurde dabei in 10 mV Schritten sukzessive erhöht bzw. verringert,
sodass eine I(U)-Charakteristik aufgenommen werden konnte. Die einzelnen
Spannungsschritte wurden jeweils mit einer Dauer von 20 ms gehalten. Bei den I(U)-
Kennlinien dieser Arbeit ist die Bezugsrichtung der Spannung stets von der Top-
Elektrode zur Bottom-Elektrode definiert. Eine positive Spannung bedeutet also
positives Potential auf der Top-Elektrode bei Massepotential auf der Bottom-Elektrode
(vgl. dazu auch Abbildung 3.1).
Abbildung 6.3 b) zeigt eine beispielhafte I(U)-Kennlinie, welche an einer 3 μm x 3 μm
Einzelkreuzstruktur aufgenommen wurde. Die Richtung des Spannungszyklusses ist mit
Pfeilen gekennzeichnet. Ausgehend von 0 V wurde die Spannung sukzessiv erhöht.
Dabei wurde zunächst ein sehr geringer Strom gemessen, da sich die Zelle initial im
hochohmigen OFF-Zustand befand. Bei einer Spannung von + 1,6 V stieg der Strom
sprungartig an. Es wurde eine Strombegrenzung von 100 μA gewählt, welche den
maximalen Strom durch die Zelle begrenzte, was dem Schutz der Zelle vor
Zerstörungen durch zu hohe Stromstärken diente. Die Zelle befand sich nun, nach dem
SET, im niederohmigen ON-Zustand. Wird die Spannung wieder auf 0 V verringert, so
läuft der Strom aus der 100 μA-Begrenzung über eine steile Gerade in den Nullpunkt.
Mit der Veränderung der Polarität zu negativen Spannungen wurde die Zelle bei einer
Spannung von - 100 mV und einem Ausschaltstrom von - 85 μA wieder in den
hochohmigen OFF-Zustand durch die sprungartige Verringerung des Stroms versetzt.
Ein bipolares Schalten fand somit an den Pt/MSQ/Ag-Speicherzellen statt.
Es wurde beobachtet, dass die SET-Spannung des initialen, ersten Zyklusses stets höher
war, als die der darauf folgenden Zyklen. Im weiteren Verlauf der Messung verringerte
sich die SET-Spannung hier auf + 150 mV. Diese Erscheinung ist durchaus mit
Literaturangaben vergleichbar, bei denen initiale Formierungszyklen beschrieben
werden, in denen bevorzugte, leitende Pfade durch das resistive Material entstehen.
Diese Neubildung bevorzugter Pfade bedingt höhere Spannungen als sie bei den
nachfolgenden Schaltzyklen auftreten (vgl. Kapitel 3.1).
Wird die Zellgröße auf 100 nm x 100 nm verringert, so ergibt sich ein ähnliches
Schaltverhalten wie das der 3 μm x 3 μm-Zellen. Abbildung 6.3 c) zeigt die
entsprechende I(U)-Kennlinie einer Nano-Zelle. Die Formierungsspannung lag hier bei
1,6 V und verringerte sich bei den nachfolgenden Zyklen zu einer SET-Spannung von
0,35 V. Auch hier wurde der Einschaltstrom auf 100 μA begrenzt. Der RESET fand bei
einer Spannung von - 0,5 V und einem maximalen Strom von - 75 μA statt, womit auch
hier bipolares Schalten auftrat.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die I(U)-Darstellung vor allem im Bereich der
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