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

7 DIE MEHRLAGEN-ARCHITEKTUR
sich initial die positive Spannung an der Crossbar-Struktur, so schaltet die Zelle bei
0,75 V, ausgehend von einem hochohmigen Zustand, in den niederohmigen Zustand
(SET siehe Abbildung 7.5 a). Auch hier konnte nicht auf einen Formierungsschritt,
aufgrund fehlender signifikanter Spannungswertunterschiede, geschlossen werden. Der
maximal zulässige Strom durch die Crossbar-Struktur wurde auf 100 µA begrenzt. Wird
nach dem SET die Strombegrenzung entfernt und die Spannung über das Bauelement
mit gleicher Polarität erhöht, so findet ein RESET bei ~ 0,5 V statt (Abbildung 7.5 b).
Der Ausschaltstrom liegt hierin bei ~ 650 µA. Es zeigte sich demzufolge, dass in
Pt/Ag-MSQ/Pt-Zellen „echtes“ unipolares (im Vergleich zu Pt/Ag-MSQ/Ag-Zellen)
Schalten auftritt. Dies konnte mit beiden Spannungspolaritäten reproduziert werden
(siehe Abbildung 7.5 c).
Da das hier realisierte System eher symmetrischer Natur war, im Gegensatz zu dem,
welches mit Ag-Top-Elektroden hergestellt wurde, konnten die Bauelemente unipolar
geschaltet werden. Das Reservoir an Ag, welches sich bei einer Ag-Top-Elektrode über
der dotierten MSQ befindet, entfällt bei dem Pt/Ag-MSQ/Pt-System. Dadurch scheint
der RESET mit positiver Spannung, aufgrund des weniger dominanten Eintreibens von
Ag in die MSQ-Schicht, möglich zu werden.
Das Auftreten von Schaltmechanismen in Ag-dotierten MSQ-Systemen, welche
lediglich inerte Pt-Elektroden beinhalten, bietet eine Basis zur Realisierung von
Speicherzellen, die temperaturstabil für nachfolgende BEOL-Prozesse oder Mehrlagen-
Architekturen sind.
Abschließend zu den Dotierungsexperimenten sollte mit Hilfe von TOF-SIMS (Time of
Flight - Secondary Ion Mass Spectroscopy)-Analysen das Dotierungsprofil bzw. die
Diffusionstiefe des Ag in die MSQ-Schicht ermittelt werden. Beim TOF-SIMS wird die
Probenoberfläche sukzessive durch ein Sputterverfahren abgetragen. Die entstehenden
Sekundärionen werden beschleunigt und nach deren Masse selektiert. Dabei wird aus
der jeweils gemessenen Flugzeit die zugehörige Masse des nachgewiesenen
Sekundärions bestimmt, wodurch eine Materialanalyse der Oberfläche gewonnen wird.
Abbildung 7.6 stellt das Tiefenprofil unterschiedlich behandelter MSQ-Schichten dar.
Es ist hier das Ag-Signal in [counts] – der SIMS-Detektor zählt die auftreffenden Ag-
Ionen – über die Probentiefe aufgetragen.
Die Proben des TOF-SIMS-Experiments bestanden aus einem Pt/MSQ/Ag-
Schichtstapel, wobei die MSQ-Schicht nicht gedünnt und somit 160 nm dick war. Es
wurden drei Proben analysiert. Eine Probe war unbehandelt (as deposited), eine Probe
wurde einer Temperatur von 450°C für 5 min ausgesetzt und die letzte Probe wurde
einer Temperatur von 450°C für 60 min ausgesetzt. Anhand der Tiefenprofilmessung in
Abbildung 7.6 ist die Diffusion des Ag bei den Temperatur behandelten Proben deutlich
zu erkennen.
117