Разработка и исследования мемристорного эффекта в наноразмерных структурах титана, полученных методом локального анодного оксидирования
|
Даты проведения с 2020-11-12 по 2021-10-08 |
В работе представлены научно-практические результаты формирования оксидной наноразмерной структуры титана (Ti), полученной методом локального анодного оксидирования. Авторами работы было доказано, что структура обладает мемристорных эффектом. Она способна изменять проводимость в зависимости от протекавшего через нее заряда
Ход работы. Принцип работы мемристора основан на запоминании сопротивления при переключении между состояниями с высоким (HRS) и низким (LRS) сопротивлением при приложении электрического поля [5, 6]. При подаче на электроды напряжения изменяется кристаллическая структура диоксида титана: благодаря диффузии кислорода его электрическое сопротивление увеличивается на несколько порядков (в тысячи раз). При этом после отключения тока изменения в ячейке сохраняются. Смена полярности подаваемого тока переключает состояние ячейки. На сегодняшний день есть ряд оксидов металлов, таких как HfO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5, NiO, которые демонстрируют наличие мемристорного эффекта. Для работы был выбран титан (Ti), так как он наиболее перспективный и изученный. Первым этапом работы было изучение научной литературы по мемристорному эффекту. В качестве рабочей подложки была использована структура Si/SiO2/Ti. Толщина Ti составляла 20 нм, она была получена методом магнетронного распыления. После чего мы исследовали поверхность методом АСМ на сканирующем зондовом микроскопе [7] NanoTutor, в результате шероховатость пленки составила 10-15 нм (Рис. 1). Далее мы занялись формированием мемристора. Для этого мы разработали и изготовили купол из оргстекла, внутри которого мы поставили емкость с горячей водой, т.к. для формирования мемристорной структуры необходима влажность свыше 60% (Рис.3). Показания гигрометра находились в переделах от 75 до 85%. После этого мы разработали специальный графический шаблон (Рис. 2), в котором каждый пиксель определяет координаты и свойства точки воздействия на поверхность. Белый цвет – воздействие есть, черный – нет. После чего мы запустили процесс локального анодного оксидирования (ЛАО) при следующих значениях технологических параметров: U = 10В, скорость сканирования 200 нм/с. После чего, зону ЛАО мы исследовали методом АСМ. В результате мы получили изображение поверхности, на которой сформировалась оксидная структура с толщиной от 10 до 20 нм (Рис. 4), и размерами примерно 2х2 мкм (Рис. 5). Мы повторили опыт и получили второй образец с толщиной 10-15 нм и размерами 2x1.2 мкм (Рис.6). На следующем этапе мы исследовали полученную структуру и её характеристики методом АСМ-спектроскопии. Мы подвели зонд к поверхности оксида и подали напряжение от -15 до +15В. После чего по обработанным экспериментальным данным мы построили график, представляющий из себя усредненное значение ВАХ, полученных на примере 30 исследований (Рис. 7). График подтверждает наличие мемристорного эффекта.
Список используемой литературы: [1] Нанотехнологии в электронике/Под ред. Ю.А.Чаплыгина. – М.: Техносфера, 2005. [2] Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. – М.: Техносфера, 2006. [3] Зондовая фотонно-стимулированная нанолитография структур на основе пленки титана / Агеев О.А., Коноплев Б.Г., Поляков В.В. и др. // Микроэлектроника. – 2007. [4] Модификация зондов для сканирующей зондовой микроскопии методом фокусированных ионных пучков / Коноплев Б.Г., Агеев О.А., Коломийцев А.С. и др. // Микроэлектроника. – 2012. Nanotechnology. – 2011. – Vol. 22. – P. 21. В русском переводе.) [5] Белавин А. А. Анализ и оценка рынка устройств на основе мемристоров / А. А. Белавин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 19 (257). — С. 105-107 [6] Авилов В.И., Агеев О.А., Коломийцев А.С., Коноплев Б.Г., Смирнов В.А., Цуканова О.Г. Формирование и исследование матрицы мемристоров на основе оксида титана методами зондовой нанотехнологии // Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА № 2(106), 2014. [7] Эдельман В.С. Сканирующая туннельная микроскопия (обзор). Приборы и техника эксперимента (ПТЭ), 1989
Проект опубликовал
