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

7 DIE MEHRLAGEN-ARCHITEKTUR
Nach der Herstellung der 3D-Zellen wurden quasistatische, elektrische Messungen an
den einzelnen Strukturen der Architektur durchgeführt. Dazu wurde eine Spannung U 1
zwischen Top-Elektrode (TE) und Mittel-Elektrode (ME) sowie eine Spannung U 2
zwischen Bottom-Elektrode (BE) und Mittel-Elektrode (ME) angelegt (siehe
Abbildung 7.7 links unten). Da die Pt/Ag-MSQ/Pt-Zellen unipolar schalten, war die
Spannungsrichtung, welche zum Schaltevent führen sollte, nicht von Bedeutung. Es
wurde somit die Mittel-Elektrode auf Massepotential und die Top- bzw. Bottom-
Elektrode auf positives Potential gelegt. SET und RESET wurden über den
Maximalstrom durch die Zelle kontrolliert. Beim SET wurde eine Strombegrenzung von
100 µA gewählt. Beim RESET entfiel die Strombegrenzung, sodass der nötige
Ausschaltstrom (< 1mA) durch die Zelle fließen konnte. Abbildung 7.7 zeigt (rechts)
die Ergebnisse der elektrischen Charakterisierung einer 200 x 200 nm 2 Zweilagen-
Einzelkreuz-Struktur, wie sie beispielhaft auf der linken Seite zu sehen ist.
Es sind die gemessenen Widerstände nach SET und RESET für die Pt/Ag-MSQ/Pt-
Bottom-Zelle und -Top-Zelle dargestellt. Wie zu erkennen ist, konnte sowohl die obere
als auch die untere Zelle reproduzierbar zwischen einem hochohmigen OFF-Zustand
(> 1 MΩ) und einem niederohmigen ON-Zustand (~ kΩ) geschaltet werden.
Das Experiment zeigt die prinzipielle Realisierbarkeit von Mehrlagen-Pt/Ag-MSQ/Pt-
Speichern, da sowohl die Herstellung als auch die elektrische Charakterisierung
erfolgreiche Resultate ergaben. Allerdings konnte reproduzierbares Schalten lediglich
an vereinzelten Crossbar-Strukturen, die sich über den 4“-Wafer verteilten,
nachgewiesen werden. Es ist davon auszugehen, dass die Temperaturbehandlungen, die
bei der Herstellung erfolgen, – mehrere Lagen bedingen mehrere Ausheizschritte des
MSQ – die Dotierungsprofile der MSQ-Schicht verschieben (vgl. Abbildung 7.6). Dies
kann dazu führen, dass vor allem die Widerstandszustände der unteren Zellen instabil
werden. Eine denkbare Lösung des Problems ist die längere Dotierung der MSQ-
Schicht (beispielsweise über 60 min), sodass diese vollständig Ag-gesättigt ist, was in
dem vorliegenden Fall möglicherweise nicht der Fall war.
Eine weitere Problematik war höchst wahrscheinlich die inhomoge Verteilung der Ag-
Dotierung über den 4“-Wafer, wodurch lediglich partiell genügend Ag für
Schaltvorgänge vorhanden war. Diese Inhomogenitäten lassen sich bei einer Dotierung
mittels Temperatur jedoch auch kaum kontrollieren. Eine Alternative kann hierbei
beispielsweise die Dotierung durch Ionenimplantation bieten. Ferner ist es möglich,
Sol-Gel-Techniken einzusetzen, wie es in Referenz [131] gezeigt wurde. Dabei wird die
Menge an Ag in einer SiO 2 -Lösung genauestens eingestellt. Zudem ist es vorstellbar,
dass die bei der Sol-Gel-Methode verwendeten Flüssigkeiten planarisierend wirken,
welches einen zusätzlich attraktiven Vorteil bei der Herstellung von Speicher-
Strukturen mittels Nanoimprint-Lithographie (vgl. Kapitel 5.5) darstellen würde.
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