In operando Untersuchung der resistiven Schaltung in elektronentransparenten Lamellen von HfOx-basierten RRAM-Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Lambert Alff; Professor Leopoldo Molina-Luna
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 384682067

Resistive Random Access Memory (RRAM) -Schalter, auch Memristoren genannt, sind vielversprechende Kandidaten für schnellen, nicht-flüchtigen Speicher. Unter den als funktionelles Material dienenden Übergangsmetalloxiden haben HfOx und TaOx aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit und der bewährten Kompatibilität mit der komplementären Metalloxidhalbleiter-Technologie (CMOS) ein hohes Interesse erregt. Trotz der enormen Arbeit in diesem Forschungsgebiet ist ein atomistisches Verständnis des Schaltprozesses noch sehr diskutiert. Es ist ein bisher unrealisierter Traum vieler Wissenschaftler, direkt mit atomarer Auflösung die strukturellen und elektronischen Veränderungen der funktionellen Materialien zu untersuchen, die in den verschiedenen Phasen des Schaltvorgangs (Formation, Set und Reset) auftreten. Basierend auf unserem erst kürzlich etablierten Verfahren zur In-Situ Elektrische Kontaktierung und Operation eines von einer RRAM-Struktur geschnittenen, durch Elektronen transparenten fokussierten Ionenstrahl (FIB) hergestellten Lamellenschnittes, sind wir nun in der Lage, einen bisher nicht möglichen Versuchsansatz vorzuschlagen. Dazu gehören die Visualisierung der lokalen Sauerstoffstöchiometrie in der Nähe des Fadens durch Rastertranmissionselektronenmikroskopie in Kombination mit der Elektronenenergie-Spektroskopie (STEM-EELS), das Studium des Größen-Skalierungsverhaltens von Lamellen und deren Schaltverhalten in kontrolliertem Sauerstoff Atmosphären mit kontaktierten und betriebsfreien Lamellen und als risikoreichster Teil und letztendliches Ziel die direkte Visualisierung des leitenden Filaments mit atomarer Auflösung unter elektrischer Vorspannung im Operando. Wenn es erfolgreich wäre, wäre es das erste Mal, dass ein leitfähiges Filament durch direkte bildgebende Verfahren visualisiert wird. Basierend auf den erhaltenen Ergebnissen haben wir die Absicht, ein Modell für die resistive Schaltung zu entwickeln, das das makroskopische Geräteverhalten mit der atomgetriebenen Nanostruktur des leitfähigen Filaments korreliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen