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

6 INTEGRATION VON METHYL-SILSESQUIOXAN
zwei definierte Zustände gesehen werden, wobei R ON ~ 1 kΩ und R OFF ~ 100 MΩ
waren. Es fiel jedoch auf, dass einzelne Messwerte außerhalb der Bereiche von R ON und
R OFF lagen, in denen die Widerstandswerte gehäuft auftraten. Die Zelle konnte
dementsprechend trotz der hohen Spannungen teils nicht „vollständig“ ein- bzw.
ausgeschaltet werden. Es wurden Zwischenzustände erreicht, wie sie beispielsweise
beim Multi-Bit Schalten in Pt/GeSe/Ag-Zellen gesehen wurden [71]. Diese
Zwischenzustände entstanden jedoch eher zufällig und konnten nicht durch definierte
Spannungspulse oder Strombegrenzungen erzwungen werden.
Das Widerstandsverhältnis der gehäuft auftretenden Zustände wurde mit
R OFF /R ON = 10 4 bemessen. Werden die Zwischenzustände berücksichtigt, so kann ein
Verhältnis von 10 5 /10 4 = 10 erzielt werden. Die ersten ~ 150 Zyklen fallen durch eine
etwas breitere Streuung der Widerstandszustände auf, sodass diese als „Awake-Phase“
der Zelle angesehen werden können.
Bezüglich der Wirkung von Spannungspulsen auf das Schaltverhalten der Zellen, im
Gegensatz zu quasistatischen Messungen, wurde ein ergänzendes Experiment
durchgeführt. Es wurde die Anzahl der 100 ms-Pulse in Abhängigkeit der
Pulsamplitude aufgezeichnet, die für ein Schaltevent nach dem Formierungsprozess
benötigt wurden. Abbildung 6.13 zeigt in a) die Anzahl der SET-Pulse, die für das
Einschalten der Zelle benötigt wurden, und in b) die Anzahl der RESET-Pulse, die für
das Ausschalten der Zelle benötigt wurden.
Es fällt zunächst auf, dass sich im Vergleich zu den quasistatischen Messungen die
Spannungsbereiche der Schaltspannungen deutlich unterscheiden. Bei den
quasistatischen Messungen lag U SET zwischen 0,2 V und 0,75 V (vgl. Abbildung 6.5 b).
Dieser Spannungsbereich genügt bei kurzen Pulsen nicht mehr, um die Zelle mit einem
einzigen Puls anzuschalten. Es bedarf z.B. bei einer Pulsamplitude von 0,8 V einer
durchschnittlichen Anzahl von 90 Pulsen, um die Zelle in den R ON zu schalten. Wird die
Spannung weiter erhöht, so reduziert sich die Anzahl der benötigten SET-Pulse für ein
Schaltevent.
Der Unterschied zwischen quasistatischer und Puls-basierter SET-Spannung liegt dabei
in der Natur des Schaltmechanismus. Es wird davon ausgegangen, dass es sich um einen
ladungsbasierten Prozess handelt. Durch
Q
= t
∫ i ⋅ dt
wird dann deutlich, dass kürzere Zeiten (wie es bei 100 ms Pulsen der Fall war) höhere
Spannungen für den SET benötigen, da stets die gleiche Ladungsmenge Q (Ag-
Ionenladung) transportiert werden muss. Höhere elektrische Spannungen bzw. Felder
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