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

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7 DIE

7 DIE MEHRLAGEN-ARCHITEKTUR Pt/Ag-MSQ/Ag-Zelle mit positiven Spannungspolaritäten auszuschalten, um Unipolarität eindeutig nachzuweisen, scheiterte jedoch. Der Mechanismus des Eintreibens von Ag in die MSQ-Schicht unter positiver Spannung scheint dabei dominanterer Art zu sein. Es kann also bei Pt/Ag-MSQ/Ag-Zellen nicht von unipolarem Schalten gesprochen werden, da zwar hohe Ausschaltströme auftreten aber beide Spannungspolaritäten für den Schaltprozess von Nöten sind. Nichtsdestotrotz konnte generell resistives Schalten in Ag-dotierten Systemen gezeigt werden, welches zugleich ein weiterführendes, zweites Experiment einleitete. Es sollten hierin Ag-dotierte MSQ-Bauelemente realisiert werden, welche sowohl aus inerten Pt- Bottom- als auch Pt-Top-Elektroden bestanden. Ziel war es, die Speicherzellen aufgrund der ausschließlichen Verwendung von Pt-Elektroden temperaturstabiler zu gestalten. Versuche an Pt/Ag-SiO 2 /Pt-Systemen der Literatur wiesen bereits stark auf ein Schaltverhalten zwischen zwei Widerstandszuständen hin, wodurch die Motivation des zweiten Experiments gestärkt werden konnte [131]. a) b) c) d) e) Abbildung 7.4: Herstellung von Pt/Ag-MSQ/Pt-Crossbar-Strukturen: a) Planarisierung der Bottom-Elektroden und Dünnen der MSQ-Schicht, b) Aufdampfen von 10 nm Ag, c) Dotieren der MSQ-Schicht mit Ag bei 450°C unter N 2 -Atmosphäre, d) Entfernen der Ag-Schicht in einem Ar-RIBE-Prozess, e) Realisierung von Pt-Top-Elektroden mittels Nanoimprint- oder optischer Lithographie. Für die Realisierung von Pt/Ag-MSQ/Pt-Crossbars wurde der Herstellungsprozess zum Teil geändert. Abbildung 7.4 stellt diese Abänderungen dar. Nach der Planarisierung der Bottom-Elektroden und dem Dünnen der MSQ-Schicht (Abbildung 7.4 a) wurde eine 115

7 DIE MEHRLAGEN-ARCHITEKTUR 10 nm dicke Ag-Schicht aufgedampft (Abbildung 7.4 b). In einem 450°C- Temperaturprozess wurde dann die MSQ-Schicht mit Ag unter N 2 -Atmosphäre dotiert (Abbildung 7.4 c). Anschließend wurde die Ag-Schicht in einem Ar-RIBE-Prozess wieder entfernt (Abbildung 7.4 d) und 30 nm hohe Pt-Elektroden auf die Ag-dotierte MSQ-Schicht aufgebracht (Abbildung 7.4 d). Die Strukturierung der Elektroden konnte darin mittels Nanoimprint- oder optischer Lithographie durchgeführt werden. Strom [μA] 110 90 70 50 30 10 -10 ON 0 0,5 1 1,5 2 Spannung [V] Strom [μA] 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 OFF 0 0,5 1 1,5 2 Spannung [V] Strom [μA] 700 500 300 100 -100 -300 -500 -700 a) OFF ON -2 -1 0 1 2 Spannung [V] b) Abbildung 7.5: Resistives Schalten in Pt/Ag-MSQ/Pt- Zellen. a) SET mit positiver Spannungspolarität und einer Strombegrenzung von 100 µA, b) RESET mit positiver Spannungspolarität und keiner Strombegrenzung, c) Unipolares Schalten mit sowohl positiven als auch negativen Spannungen. c) Für die elektrische Charakterisierung der Pt/Ag-MSQ/Pt-Crossbars wurden quasistatische Messungen eingesetzt. Abbildung 7.5 zeigt beispielhafte I(U)- Kennlinien, die an einer 3 x 3 µm 2 -Einzelkreuzstruktur aufgenommen wurden. Erhöht 116