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

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6 INTEGRATION VON METHYL-SILSESQUIOXAN<br />

Kapitel 5.3 gezeigt liegen <strong>die</strong> Leitungswiderstände der Nanoleitungen im Bereich von<br />

mehreren kΩ (z.B. 100 nm-Arrays Linienbreite ~ 4,5 kΩ), sodass sich höhere R ON -<br />

Widerstände erklären lassen. Geringe R ON -Widerstände ließen sich hingegen bei Einzel-<br />

Strukturen beobachten, bei denen sehr kurze Zuleitungen im Layout vorhanden waren,<br />

wie es beispielsweise Abbildung 6.3 a) zeigt.<br />

Bei der Auswertung des R OFF fiel auf, dass sowohl <strong>die</strong> Widerstände der 3 μm x 3 μm-<br />

Zellen als auch der 100 nm x 100 nm-Zellen während der Schaltzyklen zwischen 1 MΩ<br />

und mehreren 100 GΩ variierten, womit keine adäquate Aussage über <strong>die</strong> Skalierung<br />

des R OFF getroffen werden konnte.<br />

Ferner konnten <strong>die</strong> Variationen der ON- und OFF-Widerstände nicht auf Einflüsse von<br />

Strombegrenzungen, Ausschaltströmen oder Ein-/Ausschaltspannungen (etc.)<br />

zurückgeführt werden. Damit entfiel zunächst auch <strong>die</strong> Möglichkeit des Multi-Level-<br />

Schaltens, bei dem unterschiedliche Widerstandszustände kontrolliert eingestellt werden<br />

können (z.B. durch verschiedene Strombegrenzungen [71, 109]), <strong>für</strong> <strong>die</strong> hergestellten<br />

MSQ-Speicherzellen.<br />

In <strong>einer</strong> Testreihe mit 125 Crossbar-Zellen <strong>einer</strong> Größe von 100 nm x 100 nm wurden<br />

<strong>die</strong> Formierspannungen sowie <strong>die</strong> Schaltspannungen statistisch ausgewertet.<br />

Dazu wurde ein Programm der Prober-Software entwickelt, in dem <strong>die</strong> einzelnen<br />

Strukturen vollautomatisch angefahren und vermessen werden konnten. Für <strong>die</strong> initiale<br />

Formierung wurde <strong>die</strong> Spannung bis + 2 V erhöht. Schaltete das Bauelement während<br />

des Formierungs-Zyklusses ein, so wurde es als funktionsfähig auf <strong>einer</strong> automatisch<br />

angelegten Wafermap eingetragen. Es wurden dadurch 73 der 125 Strukturen, also<br />

58,4 %, als funktionsfähig getestet. Hier waren jedoch ca. 20 % auf Defekte<br />

zurückzuführen, <strong>die</strong> während der Herstellung, also technologisch bedingt (z.B. durch<br />

Partikel), auftraten. Nach der Formierung wurden 5 der funktionsfähigen Zellen beliebig<br />

ausgewählt, an denen jeweils 20 Schaltzyklen durchgeführt wurden.<br />

Abbildung 6.5 zeigt <strong>die</strong> Auswertung der aufgetretenen Spannungen, welche über <strong>die</strong><br />

prozentuale Anzahl der funktionsfähigen Strukturen aufgetragen sind. Es ist deutlich zu<br />

erkennen, dass <strong>die</strong> Formierungsspannung (Abbildung 6.5 a) tendenziell höher liegt, als<br />

<strong>die</strong> SET-Spannung der anschließenden Schaltzyklen (Abbildung 6.5 b). Außerdem fällt<br />

<strong>die</strong> größere Streuung von U FORM auf, <strong>die</strong> zwischen 0,4 V und 2 V liegt. Die RESET-<br />

Spannung ist betragsmäßig tendenziell höher als <strong>die</strong> SET-Spannung und auch hier<br />

wurde eine größere Streuung der Spannungswerte zwischen -0,1 V und -1,6 V als <strong>die</strong><br />

der SET-Spannung festgestellt. Diese statistischen Verteilungen von U FORM , U ON und<br />

U OFF waren <strong>für</strong> <strong>die</strong> spätere Applikation der hergestellten Einzelzellen in Crossbar-<br />

Arrays von großer Wichtigkeit.<br />

Wird Kupfer als Top-Elektrodenmaterial verwendet, so treten deutlich höhere<br />

Formierungsspannungen (bis zu 8 V) und SET-Spannungen (~ 1,5 V) auf. Diese sind<br />

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