Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER
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3 RESISTIVES SCHALTEN<br />
Beschaffenheit des Isolators. Makroskopische Einkristalle benötigen z. B. einige 100 V,<br />
um in <strong>einer</strong> Zeitspanne von mehreren Stunden formiert zu werden, wohingegen bei<br />
Dünnfilmen schon einige Volt ausreichen können, um <strong>die</strong> sauerstoffverarmte Zone in<br />
<strong>einer</strong> geringeren Zeit zu bilden [52]. Zum Teil wird der Formierungsprozess auch durch<br />
Konstantstromverfahren eingeleitet [65].<br />
Die sauerstoffarme Zone wird ferner als virtuelle Kathode bezeichnet, da das oxidische<br />
Material durch <strong>die</strong> Abgabe von Sauerstoff metallisch leitend wird (Reduktion) und<br />
somit Bottom-Elektrode und sauerstoffverarmte Zone bei Anlegen <strong>einer</strong> Spannung das<br />
gleiche Potential tragen.<br />
Der Formierungsprozess wird vollendet, indem <strong>die</strong> Verarmungszone durch <strong>die</strong><br />
angelegte Spannung in Richtung der Anode (hier nach oben) getrieben wird<br />
(Abbildung 3.3 c). An der Anode findet dann eine Oxidation statt, sodass eine<br />
elektrische Verbindung mit der virtuellen Kathode entsteht. Ein metallisch leitender<br />
Pfad hat sich somit durch den gesamten Isolator gebildet und <strong>die</strong>sen kurzgeschlossen.<br />
Die MIM-Zelle befindet sich damit im niederohmigen ON-Zustand.<br />
Die Zelle kann nach dem Formierungsprozess reversibel geschaltet werden. Wird <strong>die</strong><br />
Polarität der Spannung invertiert, so bildet sich das Filament zurück und <strong>die</strong> Zelle<br />
schaltet erneut in einen hochohmigen Zustand. Es handelt sich also um einen bipolaren<br />
Schaltvorgang.<br />
+U +U<br />
Pt<br />
Metall-Oxid<br />
Pt<br />
O 2 -verarmte Zone<br />
a) b) c)<br />
Abbildung 3.3: Resistives Schalten in Metall-Oxiden: a) Initial hoch isolierende MIM-Zelle, b)<br />
Formierung <strong>einer</strong> sauerstoffarmen Zone an der Kathode durch anlegen <strong>einer</strong><br />
Formierungsspannung, c) Spannungsgetriebene Ausbildung eines leitenden Pfades durch das<br />
Metall-Oxid (SET).<br />
Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Schaltvorgang in Übergangsmetall-<br />
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