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

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6 INTEGRATION VON

6 INTEGRATION VON METHYL-SILSESQUIOXAN Spannung [V] Spannung [V] Widerstand [Ω] 4 3 2 1 0 -1 -5 0 5 10 15 Zeit [ns] 3,5 1,75 0 -1,75 -3,5 1E+10 1E+8 1E+6 1E+4 1E+2 1E+0 Spannung [V] 1 0 -1 -2 -3 -4 -15 -10 -5 0 5 Zeit [ns] 0 2 4 6 Zeit Abbildung 6.14: Schnelle Pulsmessungen mit 10 ns Pulsen (oben) sowie U SET = 3,5 V und U RESET = -3,5 V. Nach jedem Schaltevent (mitte) wurde der Zustand der Zelle quasistatisch mit einer Spannung von 100 mV gemessen (unten). Es waren darin R ON < 1kΩ und R OFF ≥ 100 kΩ. Im oberen Teil sind die 10 ns Pulse dargestellt, die mittels Oszilloskop aufgenommen wurden. Der mittlere Bereich zeigt die zeitliche Abfolge der SET- und RESET-Pulse. Der untere Teil der Grafik stellt die Widerstandszustände dar, die nach den einzelnen Schaltpulsen aufgenommen wurden. Nach einem Formierungsschritt wurde die Zelle in den R OFF = 1 MΩ geschaltet. Durch einen positiven Spannungspuls befand sich die Zelle anschließend im ON-Zustand (~ 500 Ω). Mit einem negativen Puls konnte der Widerstandswert zurück in einen hochohmigen Bereich (> 100 kΩ) gebracht werden. Dieses Schalten konnte anschließend weitere Male reproduzierbar durchgeführt werden. Das Experiment zeigt das Potential der realisierten 100 nm x 100 nm Pt/MSQ/Ag- Zellen für die Anwendung als schneller Speicher, der somit u. a. im Vergleich zu Flash konkurrenzfähig werden kann [130]. 107

6 INTEGRATION VON METHYL-SILSESQUIOXAN 6.5 Programmierung von Wort-Registern Als Wörter werden die Crossbar-Strukturen bezeichnet, welche aus mehreren, parallelen Bottom-Elektroden und einer einzelnen Top-Elektrode bestehen. Abbildung 6.15 zeigt ein 8-bit Pt/MSQ/Ag Wort-Register mit Linienbreiten von 100 nm. Diese Wort-Register wurden hergestellt, um den Einfluss zwei benachbarter Zellen aufeinander zu untersuchen [130]. Dazu wurden verschiedene Bit-Muster in das Register geschrieben. Das Programmieren wurde mit quasistatischen Spannungszyklen durchgeführt (vgl. Kapitel 6.1). Darin wurden die Zellen einzeln über Messnadeln kontaktiert und geschaltet. Nach jedem Schaltvorgang wurde direkt der Zustand der Nachbarzellen gelesen, sodass parasitäre Einflüsse hätten erkannt werden können. Abbildung 6.16 stellt das Resultat eines beispielhaften Programmierungszyklusses anhand von Widerstandsmessungen der einzelnen Speicherzellen dar. Widerstand [Ω] 1E+9 1E+8 1E+7 1E+6 1E+5 1E+4 1000 nm Abbildung 6.15: REM-Aufnahme einer Pt/MSQ/Ag-Wort-Struktur. 1E+3 1 8 15 22 29 36 43 IIIIIIII 00000000 I0I0I0I0 00000000 0I0I0I0I Bit-Muster Abbildung 6.16: Programmierung der Wortstruktur. R ON ~ kΩ = „I“, R OFF > 1 MΩ = „0“ Es zeigt sich hierin zunächst, dass alle acht Bit des Wortes funktionsfähig waren, da diese formiert werden konnten. Die ON-Zustände der Zellen lagen dabei im kΩ- Bereich. Im ersten Wort des Programmierzyklusses „11111111“ wurden alle acht Bit unter positiver Spannung in den ON-Zustand (= “1“) geschaltet. Anschließend wurde das gesamte Register mit negativen RESET-Spannungen über die einzelnen Zellen wieder gelöscht. Die OFF-Zustände (= „0“) lagen dabei im Bereich > 1 MΩ. 108