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

3 RESISTIVES SCHALTEN
Spannung bis der hochohmige Zustand wieder erreicht ist.
In beiden Verfahren können die ON- und OFF-Zustände mit Spannungen kleiner der
Schaltspannung zerstörungsfrei gelesen werden. Ferner sind beide Widerstands-
Zustände nichtflüchtig.
Die Mechanismen, welche das resistive Schalten hervorrufen, sind materialabhängig
und bis heute zum Teil nicht vollständig verstanden. Es ist jedoch davon auszugehen,
dass sich durch das Auftreten elektrischer Felder im Kondensator-Bauelement
hochleitende, filamentäre Pfade ausbilden, die durch thermische oder elektrochemische
Prozesse reversibel wieder zerstört werden können [52].
3.1 Materialien und Mechanismen
Eine Vielzahl an Materialien zeigt resistives Schalten. Es wurden vor allem in den
letzten Jahren chalkogenide Gläser, oxidische Materialien und Moleküle auf resistives
Schalten hin untersucht. Dabei sind die auftretenden Schaltmechanismen abhängig von
den im Material vorkommenden Elementen.
Bereits im Zeitraum von 1960 bis 1980 wurde das Phänomen des resistiven Schaltens in
einigen Materialien entdeckt und untersucht [54 - 57]. In den späten 1990ern wurde die
Forschung auf dem Gebiet der schaltenden Materialien hauptsächlich von Asamitsu et
al., Beck et al. und Kozicki et al., insbesondere mit Fokus auf die Anwendung als
Speicher, vorangetrieben [58 – 60].
Die Modelle zur Beschreibung des Schaltmechanismusses der Materialien, die für diese
Arbeit relevant sind, beruhen auf dem Prinzip des feldgetriebenen Transports von Ionen.
Dabei wird zwischen zwei Mechanismen unterschieden:
I) Der Redoxprozess durch Anion-Migration
II) Der Redoxprozess durch Kation-Migration
Fall I der Anion-Migration findet in binären und ternären Oxiden statt (z.B. TiO 2 , NiO,
SrTiO 3 [61 - 64]). In diesen Oxiden, und insbesondere in Übergangsmetall-Oxiden, sind
Anionen, welche durch Sauerstoffleerstellen auftreten, wesentlich mobiler als Kationen.
Resistiv schaltende Zellen werden hier durch vertikal aufgebaute Metall/Isolator/Metall
(MIM) - Strukturen mit Elektroden aus inerten Metallen (Pt) realisiert (siehe
Abbildung 3.3). Der MIM-Kondensator befindet sich initial in einem hochohmigen
Zustand aufgrund des hochgradig isolierenden Oxids (Abbildung 3.3 a). Durch anlegen
einer elektrischen (positiven) Spannung wird an der unteren Elektrode eine
sauerstoffarme Zone gebildet (Abbildung 3.3 b). Dieser Prozess wird Formierung
genannt. Er variiert dabei mit unterschiedlichen Materialkompositionen und der
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