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

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

8 ZUSAMMENFASSUNG UND

8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Untersuchungen zum Schaltmechanismus sowie zum Einfluss der Methylgruppe zeigten zum einen, dass das Vorhandensein von Silber notwendig war, um MSQ-Bauteile schalten zu können. Zum anderen erwies sich, dass durch das Entfernen der Methylgruppe aus der MSQ-Schicht dessen Dichte stieg und sich die statistische Verteilung der Formierungsspannungswerte deutlich verbreiterte. Die Spannungen des SET und RESET hingegen veränderten sich auch bei der Entfernung der Methylgruppe nicht. Die elektrische Performance der Pt/MSQ/Ag-Zellen wurde an 100 x 100 nm 2 großen Einzelstrukturen überprüft. Dabei ergaben Retention-Messungen eine Stabilität des ON- Zustandes von 8 · 10 3 s und des OFF-Zustandes von (mindestens) 7 · 10 4 s. Mit Hilfe von Pulsmessungen konnten die Bauteile bis zu 2 · 10 3 -mal geschaltet werden. Ferner wurden Pt/MSQ/Ag-Zellen mit 10 ns-Pulsen geschaltet, was das Potential für sehr schnelle Speicherbauteile demonstrierte. Anhand von Untersuchungen an Wort-Strukturen einer Linienbreite von 100 nm stellte sich heraus, dass das Schalten einer Einzelzelle keinen Einfluss auf die benachbarten Zellen hatte. Die Wortregister wurden erfolgreich mit verschiedenen Bit-Folgen programmiert. Crossbar-Arrays konnten aufgrund parasitärer Spannungspfade nicht kontrolliert programmiert werden. Die Silberdotierung von MSQ-Schichten mittels Temperaturbehandlung machte es möglich, funktionale Mehrlagen-Bauteile zu realisieren. Es wurden Pt/Ag-MSQ/Pt- Zellen hergestellt, welche unipolares Schaltverhalten zeigten. Mit der Realisierung zweier gestapelter Bauteile und dem Nachweis der elektrischen Funktionalität, konnte die Machbarkeit mehrlagiger Pt/Ag-MSQ/Pt-Systeme nachgewiesen werden. Letzten Endes war mit den MSQ-Bauteilen eine attraktive Alternative der Deposition funktionaler Materialien gefunden, die den technologisch notwendigen Planarisierungs- Prozess beinhaltete. Ausblick Die in Jülich etablierte Nanotechnologie-Plattform bietet die Möglichkeit, Strukturgrößen von bis zu 30 nm herzustellen. Es bedarf der Verbesserung der Prozesse, um die Skalierung von Bauteilen bis hin zu Strukturen eines Half-Pitch < 30 nm reproduzierbar erzielen zu können. Dabei muss der Fokus auf die Stempelherstellung gerichtet sein, da die Strukturauflösung der Nanoimprint-Lithographie im Wesentlichen durch die Auflösung des Stempels begrenzt ist. Eine weitere, zukünftige Herausforderung wird die elektrische Kontaktierung sehr kleiner Bauelemente darstellen. Es müssen standardisierte Verfahren entwickelt werden, 123

8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK welche die Herstellung von sehr großen Kontaktflächen und von Strukturen im Nanometerbereich vereinen. Diese Arbeit liefert den initialen Beitrag derartiger Konzepte durch die Verknüpfung der optischen Lithographie und der Nanoimprint- Lithographie. Die in dieser Arbeit gezeigten Untersuchungen an MSQ-Bauteilen offenbaren das Potential des Materialsystems für deren Anwendung als Speicher. Dennoch bleiben Fragen zum Schaltmechanismus offen, welche in weiterführenden Experimenten aufzuklären sind. Von besonderem Interesse ist die Form des metallischen Pfades, der sich durch die Glasmatrix während des Schaltens aus- und zurückbildet. Das vollständige Verständnis der physikalischen Prozesse ist zudem für die Performance- Steigerung der MSQ-Speicher von großer Bedeutung. Das kontrollierte Dotieren der MSQ-Schicht ist die Schlüsselaufgabe zur Realisierung mehrlagiger Crossbar-Arrays. Es sind neben der thermischen Diffusion Ionenimplantations- oder Sol-Gel-Verfahren vorstellbar, um das Dotierungsprofil bzw. den Ag-Gehalt der MSQ-Schicht definiert einstellen zu können. Das Programmieren von Crossbar-Arrays bedarf zum einen der Entwicklung eines neuen Messplatzes, mit dem alle Bottom- und Top-Elektroden gleichzeitig kontaktiert werden können. Zum anderen ist es notwendig, nichtlineare Bauelemente (z.B. Dioden) in die Crossbar-Architktur zu integrieren. Durch diese Maßnahmen können parasitäre Pfade sowie Spannungsstreuungen kompensiert werden, was für das erfolgreiche Schreiben und Lesen der Speicherzellenzustände einzelner Zellen im Array unabdingbar ist. 124