presentación de powerpoint - imb-cnm.csic.es de memòria rram (resistive ram) introducció v (v) )...
Post on 15-Mar-2018
220 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Grup de Capes primes de dielèctrics
Francesca Campabadal, Mireia Bargalló González, María Cruz Acero
Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Bellaterra (Barcelona)
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Índex
Motivació i Objectius
Cel·les de memòria RRAM
Introducció: Commutació Resistiva
Tecnologia de fabricació
Caracterització elèctrica
Caracterització física
Fer recerca amb nosaltres ?
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
L’electrònica és arreu
En totes les aplicacions és necessari emmagatzemar informació.
MEMÒRIA NO VOLÀTIL
Motivació
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
A l’actualitat, les memòries no-volàtils d’estat sòlid
(Flash) es basen en emmagatzemar càrrega elèctrica:
PERÒ, al reduir dimensions per a obtenir major
densitat de memòria, es redueixen: el temps de
retenció, la fiabilitat, el nombre de vegades que es pot
llegir/escriure CALEN NOVES MEMÒRIES
- - - -
electrons
Motivació
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Objectius
Les RRAM estan basades en la Commutació Resistiva.
Les cel·les de memòria RRAM (Resistive RAM) es consideren les
més prometedores per a substituir les memòries Flash.
Desenvolupament de cel·les de memòria RRAM
basades en dielèctrics d’alta k.
Estudi del fenomen de la commutació resistiva.
Motivació
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Element de dos terminals, la resistència del qual varia entre dos valors
ben diferenciats: Low R i High R.
L’estat resistiu en què es troba no canvia si no s’aplica cap estímul
extern (tensió o corrent adient) Element de memòria no volàtil.
Aplicant una tensió (o corrent) adient, l’estat resistiu de l’element canvia:
SET : Pas de High R a Low R
RESET: Pas de Low R a High R
Element de memòria RRAM (Resistive RAM)
Introducció
Implementació en tecnologia microelectrònica: Estructures MIS o MIM.
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Element de memòria RRAM (Resistive RAM)
Introducció
V (V)
I (A
)
Electrode A
Dielectric
Electrode B
Electrode A
Dielectric
Electrode B
Ion
Ioff
Ioff
Ion
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Tecnologia Disseny i fabricació d’estructures de 2 terminals
MIS : Metal-Thin high-k layer- Silicon
MIM : Metal-Thin high-k layer-Metal
Cross-sectional view
Si
SiO2
SiO2
Electrode 2 High-k dielectric
Electrode 1 Top view photograph
Top view photograph Cross-sectional view
Si (p)
400 nm
500 nm
500 nm
Al-0.5%Cu Thermal SiO2
High-k layer
Si (p)
400 nm
500 nm
500 nm
Al-0.5%Cu Thermal SiO2Thermal SiO2
High-k layerHigh-k layer
High-k dielectric
Metal Electrode
Element de memòria RRAM – IMB-CNM
Dimensions:
Fins a 2×2 µm2
Dielèctrics:
HfO2, Al2O3
Metalls:
Ni, Cu, TiN, Ti, W
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Tecnologia
Element de memòria RRAM – IMB-CNM
Commutació Resistiva UNIPOLAR
M.B. Gonzalez et al. CDE 2015.
Estructura MIS
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Element de memòria RRAM – IMB-CNM
Disseny i desenvolupament d’eines de software.
1. Measurement conditions
GPIB To HP
Parameter Extraction
4. Parameter extraction
-10 -5 010
-15
10-10
10-5
100 Ni/HfO2/Si
VG (V)
IG (
A)
-10 -5 010
0
105
1010
1015 Ni/HfO2/Si
VG (V)
R (
oh
ms)
-4 -2 010
-5
100
105
1010 Ni/HfO2/Si
VG (V)
Rof
f/R
on
0 5010
-15
10-10
10-5
100I@VG=-0.5V Ni/HfO2/Si
IG (
A)
Cycle Number (A)
0 5010
-15
10-10
10-5I@VG=-0.1V Ni/HfO2/Si
IG (
A)
Cycle Number (A)
0 5010
-15
10-10
10-5I@VG=-0.2V Ni/HfO2/Si
IG (
A)
Cycle Number (A)
Ioff
Ion
Roff
Ron Roff/Ron
Ioff
Ion
Ioff
Ion
Ioff
Ion
3. Data visualization
2. Measurements
HP4155B Wafer Prober
GP
IB
To P
C
Caracterització
Elèctrica
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Estructures Ni-HfO2-Si(n+)
M.B. Gonzalez et al. CDE 2015.
Variabilitat cicle a cicle: ION & IOFF
A = 5 x 5 mm2
Element de memòria RRAM – IMB-CNM
Caracterització
Elèctrica Estudi de les característiques elèctriques de les
estructures fabricades: tensions de Set i de Reset,
variabilitat cicle a cicle, efectes de T, RTN, .....
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Element de memòria RRAM – IMB-CNM
Ni-HfO2-Si(n+) Structures
Ni ions/atoms and chemical defects
Top Electrode
Bottom Electrode
Insulator
High Resistance
State (HRS)
Top Electrode
Bottom Electrode
Insulator
Low Resistance
State (LRS)
SET operation
Diffusion of Ni atoms from TE
RESET operation Thermal dissolution induced
by Joule heating
CF: Conductive
Filament
These structures are also known as
CBRAM: Conductive Bridge RAM
TE: Ni, Cu,
Ag,...
20 Maig 2015 Jornada de Portes Obertes
Cel·les de memòria RRAM
Tecnologia Com fer-les?
Combinacions de Metalls i Dielèctrics. Gruixos de les capes. Estructures de dimensions micro i nanomètriques.
Com són? Caracterització elèctrica
Definició i optimització del procés de mesura. Automatització del procés de mesura i d’extracció de paràmetres. Anàlisi de resultats. Tractament d’un gran nombre de dades. Estudi dels mecanismes i dels defectes responsables de la commutació. Estudi de la fiabilitat dels dispositius.
Perquè? Caracterització física
Ús de tècniques d’anàlisi física. Anàlisi dels filaments conductius. En col·laboració amb altres grups: modelització, simulació, ....
Francesca Campabadal
francesca.campabadal@csic.es
Mireia Bargalló
mireia.bargallo.gonzalez@csic.es
Si t’interessa, contacta amb:
JAE-Intro 2015
Beca d’iniciació a la recerca del CSIC
Per a estudiants de Màster del curs 2015-2016
Per a estudiants de grau: Pràctiques, Treball de grau
Tesi Doctoral: Beca FPI del projecte RS-FACSIMILE
top related