Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER
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6 INTEGRATION VON METHYL-SILSESQUIOXAN<br />
zwei definierte Zustände gesehen werden, wobei R ON ~ 1 kΩ und R OFF ~ 100 MΩ<br />
waren. Es fiel jedoch auf, dass einzelne Messwerte außerhalb der Bereiche von R ON und<br />
R OFF lagen, in denen <strong>die</strong> Widerstandswerte gehäuft auftraten. Die Zelle konnte<br />
dementsprechend trotz der hohen Spannungen teils nicht „vollständig“ ein- bzw.<br />
ausgeschaltet werden. Es wurden Zwischenzustände erreicht, wie sie beispielsweise<br />
beim Multi-Bit Schalten in Pt/GeSe/Ag-Zellen gesehen wurden [71]. Diese<br />
Zwischenzustände entstanden jedoch eher zufällig und konnten nicht durch definierte<br />
Spannungspulse oder Strombegrenzungen erzwungen werden.<br />
Das Widerstandsverhältnis der gehäuft auftretenden Zustände wurde mit<br />
R OFF /R ON = 10 4 bemessen. Werden <strong>die</strong> Zwischenzustände berücksichtigt, so kann ein<br />
Verhältnis von 10 5 /10 4 = 10 erzielt werden. Die ersten ~ 150 Zyklen fallen durch eine<br />
etwas breitere Streuung der Widerstandszustände auf, sodass <strong>die</strong>se als „Awake-Phase“<br />
der Zelle angesehen werden können.<br />
Bezüglich der Wirkung von Spannungspulsen auf das Schaltverhalten der Zellen, im<br />
Gegensatz zu quasistatischen Messungen, wurde ein ergänzendes Experiment<br />
durchgeführt. Es wurde <strong>die</strong> Anzahl der 100 ms-Pulse in Abhängigkeit der<br />
Pulsamplitude aufgezeichnet, <strong>die</strong> <strong>für</strong> ein Schaltevent nach dem Formierungsprozess<br />
benötigt wurden. Abbildung 6.13 zeigt in a) <strong>die</strong> Anzahl der SET-Pulse, <strong>die</strong> <strong>für</strong> das<br />
Einschalten der Zelle benötigt wurden, und in b) <strong>die</strong> Anzahl der RESET-Pulse, <strong>die</strong> <strong>für</strong><br />
das Ausschalten der Zelle benötigt wurden.<br />
Es fällt zunächst auf, dass sich im Vergleich zu den quasistatischen Messungen <strong>die</strong><br />
Spannungsbereiche der Schaltspannungen deutlich unterscheiden. Bei den<br />
quasistatischen Messungen lag U SET zwischen 0,2 V und 0,75 V (vgl. Abbildung 6.5 b).<br />
Dieser Spannungsbereich genügt bei kurzen Pulsen nicht mehr, um <strong>die</strong> Zelle mit einem<br />
einzigen Puls anzuschalten. Es bedarf z.B. bei <strong>einer</strong> Pulsamplitude von 0,8 V <strong>einer</strong><br />
durchschnittlichen Anzahl von 90 Pulsen, um <strong>die</strong> Zelle in den R ON zu schalten. Wird <strong>die</strong><br />
Spannung weiter erhöht, so reduziert sich <strong>die</strong> Anzahl der benötigten SET-Pulse <strong>für</strong> ein<br />
Schaltevent.<br />
Der Unterschied zwischen quasistatischer und Puls-basierter SET-Spannung liegt dabei<br />
in der Natur des Schaltmechanismus. Es wird davon ausgegangen, dass es sich um einen<br />
ladungsbasierten Prozess handelt. Durch<br />
Q<br />
= t<br />
∫ i ⋅ dt<br />
wird dann deutlich, dass kürzere Zeiten (wie es bei 100 ms Pulsen der Fall war) höhere<br />
Spannungen <strong>für</strong> den SET benötigen, da stets <strong>die</strong> gleiche Ladungsmenge Q (Ag-<br />
Ionenladung) transportiert werden muss. Höhere elektrische Spannungen bzw. Felder<br />
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