Aufrufe
vor 4 Jahren

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

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

6 INTEGRATION VON

6 INTEGRATION VON METHYL-SILSESQUIOXAN (Abbildung 6.2 c). Zur Überprüfung der Funktionalität hergestellter Mikro- und Nanostrukturen wurden elektrische Messungen durchgeführt. Dazu wurde ein Agilent B1500A Semiconductor Device Analyser in Kombination mit einer halbautomatischen „Probestation“ der Firma Süss Microtec eingesetzt. Die Probestation wurde zur Kontaktierung der Bauelemente mit Hilfe von Messnadeln verwendet. Dabei wurden die Wolfram-Messnadeln mit einem Spitzenradius von ~ 5 μm auf die Kontaktflächen (100 μm x 100 μm) der Crossbar-Strukturen abgesetzt. Der Probentisch sowie ein Nadelarm konnten über den Steuerungsrechner automatisch verfahren werden. Es wurden zunächst quasistatische Messungen sowohl an Mikro- als auch an den Nano- Einzelkreuzstrukturen durchgeführt (siehe Abbildung 6.3 a). Top a) Bottom 2500 nm Abbildung 6.3: a) Einzelkreuzstruktur 100 nm x 100 nm, b) I(U)-Kennlinie einer quasistatischen Messung an einer 3 μm x 3 μm Einzelkreuzstruktur, c) I(U)-Kennlinie einer quasistatischen Messung an einer 100 nm x 100 nm Einzelkreuzstruktur. Die Schalt-richtung ist durch Pfeile gekennzeichnet. 100 100 Strom [μA] 50 0 -50 Strom [μA] 50 0 -50 -100 -0.5 0.5 Spannung [V] 1.5 b) -100 -1 0 1 2 Spannung [V] c) 93

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 94