Summary
Presentert her er en protokoll for å analysere nanostrukturelle endringer under in situ biasing med overføring elektron mikroskopi (TEM) for en stablet metall-isolator-metall struktur. Den har betydelige anvendelser i resistiv bytte tverrligger for neste generasjon av programmerbare logikk kretser og neuromimicking maskinvare, for å avsløre sine underliggende driftsmekanismer og praktisk anvendelighet.
Abstract
Resistiv bytte tverrliggerarkitektur er svært ønsket innen digitale minner på grunn av lave kostnader og fordeler med høy tetthet. Ulike materialer viser variasjon i resistive koblingsegenskaper på grunn av materialets egen art, noe som fører til avvik i feltet på grunn av underliggende driftsmekanismer. Dette understreker et behov for en pålitelig teknikk for å forstå mekanismer ved hjelp av nanostrukturelle observasjoner. Denne protokollen forklarer en detaljert prosess og metodikk for in situ nanostructural analyse som følge av elektrisk biasing ved hjelp av overføring elektron mikroskopi (TEM). Det gir visuelle og pålitelige bevis på underliggende nanostrukturelle endringer i sanntidsminneoperasjoner. Også inkludert er metodikken for fabrikasjon og elektriske karakteriseringer for asymmetriske tverrliggerstrukturer som omfatter amorfe vanadiumoksid. Protokollen forklart her for vanadiumoksid filmer kan lett utvides til andre materialer i en metall-dielektrisk-metall sandwiched struktur. Resistive switching tverrliggere er spådd å tjene programmerbar logikk og nevromorfe kretser for neste generasjons minneenheter, gitt forståelsen av driftsmekanismer. Denne protokollen avslører koblingsmekanismen på en pålitelig, betidig og kostnadseffektiv måte på alle typer resistive koblingsmaterialer, og forutsier dermed enhetens anvendelighet.
Introduction
Resistensendringsoksidminner blir i økende grad brukt som byggestein for nytt minne og logiske arkitekturer på grunn av deres kompatible koblingshastighet, mindre cellestruktur og evnen til å bli designet i høykapasitets tredimensjonale (3D) tverrliggerarrayer1. Til dags dato er flere koblingstyper rapportert for resistivekoblingsenheter 2,3. Vanlig bytteatferd for metalloksider er unipolar, bipolar, komplementær resistiv veksling og flyktig terskelveksling. Legge på kompleksiteten, enkelt celle har blitt rapportert å vise multifunksjonell resistive bytte ytelse samt4,5,6.
Denne variasjonen betyr at nanostrukturelle undersøkelser er nødvendig for å forstå opprinnelsen til forskjellige minneatferd og tilsvarende koblingsmekanismer for å utvikle klart definert tilstandsavhengig bytte for praktisk nytte. Vanligvis rapporterte teknikker for å forstå koblingsmekanismer er dybde profilering med røntgen fotoelektron spektroskopi (XPS) 7,8, nanoscale sekundær ion masse spektroskopi (nano-SIMS)6, ikke-destruktiv fotoluminescencespektroskopi(PL)8, elektrisk karakterisering av forskjellig størrelse og tykkelse av funksjonelloksid av enheter, nanoindentasjon7, overføring elektron mikroskopi (TEM), energidispergeriv røntgenspektroskopi (EDX), og elektron energi tap spektroskopi (EELS) på tverrsnitt lamella i et TEMkammer 6,8. Alle teknikkene ovenfor har gitt tilfredsstillende innsikt om koblingsmekanismene. Men i de fleste teknikkene er mer enn én prøve nødvendig for analyse, inkludert den uberørte, elektroformede, sett og tilbakestille enheter, for å forstå den fullstendige bytteatferden. Dette øker eksperimentell kompleksitet og er tidkrevende. I tillegg er feilfrekvensen høy, fordi det er vanskelig å finne en subnanoscale-filament i en enhet noen få mikrometer i størrelse. Derfor er in situ eksperimenter viktige i nanostrukturelle karakteriseringer for å forstå driftsmekanismer, da de gir bevis i sanntidseksperimenter.
Presentert er en protokoll for å gjennomføre in situ TEM med elektrisk biasing for metall-isolator-metall (MIM) stabler av asymmetriske resistive bytte krysspunkt enheter. Hovedmålet med denne protokollen er å gi en detaljert metodikk for lamella forberedelse ved hjelp av en fokusionstråle (FIB) og in situ eksperimentell oppsett for TEM og elektrisk biasing. Prosessen forklares ved hjelp av en representativ studie av asymmetriske krysspunktenheter basert på blandet faset amorf vanadiumoksid (a-VOx)4. Også presentert er fabrikasjonsprosessen av krysspunktenheter som omfatter en-VOx, som lett kan skaleres opp til tverrligger, ved hjelp av standard mikronano fabrikasjonsprosesser. Denne fabrikasjonsprosessen er viktig da den inkorporerer i tverrligger a-VOx som oppløses i vann.
Fordelen med denne protokollen er at med bare en lamella kan nanostrukturelle endringer observeres i TEM, i motsetning til de andre teknikkene, hvor det kreves minst tre enheter eller lameller. Dette forenkler prosessen betydelig og reduserer tid, kostnader og innsats samtidig som det gir pålitelige visuelle bevis på nanostrukturelle endringer i sanntidsoperasjoner. I tillegg er den designet med standard mikronanofabrikasjonsprosesser, mikroskopiteknikker og instrumenter på innovative måter for å etablere sin nyhet og adressere forskningshullene.
I den representative studien som er beskrevether for en -VOx-basertekrysspunktenheter, bidrar in situ TEM-protokollen til å forstå koblingsmekanismen bak apolar og flyktig terskelveksling4. Prosessen og metodikken utviklet for å observere nanostrukturelle endringer i en-VOx under in situ biasing kan lett utvides til in situ temperatur, og in situ temperatur og biasing samtidig, ved bare å erstatte lamella montering chip, og til noe annet materiale, inkludert to eller flere lag med funksjonelt materiale i en metall-isolator-metall klemt struktur. Det bidrar til å avsløre den underliggende driftsmekanismen og forklare elektriske eller termiske egenskaper.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Fabrikasjonsprosess og elektrisk karakterisering
- Bruk standard fotolitografi for bildereversering9 til å mønstre bunnelektroden (BE lag 1) med fotoresistens av enhetene ved hjelp av følgende parametere:
- Spin coat photoresist på 3000 rpm, myk bake den ved 90 ° C for 60 s, utsette med 25 mJ / cm2 med en 405 nm laser, bake ved 120 ° C for 120 s, utføre flomeksponering med 21 mW / cm2 og en 400 nm laser, utvikle ved hjelp av utvikler, og skyll med deionisert vann.
- Deponer 5 nm titan (Ti) for vedheft og 15 nm platina (Pt) på toppen med et elektronstrålefordampersystem med substratet mønstret på lag 1.
- Løft av de avseponerte metallene ved å plassere underlaget i et acetonbad i ~ 20 minutter. Deretter påfør ultralydvibrasjoner i 2 min, og skyll med aceton og isopropylalkohol (IPA) for å fullføre BE-mønstrene. Gjenta hvis oppskytningsren ikke er ren (figur 1A, trinn 1).
- Mønster det funksjonelle oksidlaget (lag 2) med fotolitografi på toppen av BE som beskrevet i trinn 1.1.
- Deponer ~100 nm av en-VOx og 5 nm ti på toppen av lag 2 ved hjelp av et sputtering system10.
- Løft av det funksjonelle oksidet ved å plassere substratet i et acetonbad og bruke pulserende ultralydvibrasjoner manuelt med 2–3 s pulser for å fullføre funksjonelle oksidmønstre. Gjenta prosedyren hvis mønstrene ikke er rene. (Figur 1A, trinn 2 og trinn 3)
- På samme måte fullfører du de øverste elektrodemønstrene (TE) (lag 3) med Ti_20 nm/Pt_200 nm ved hjelp av fotolitografi for bildereversering, elektronstrålefordampning og avskyningsprosessen som er beskrevet i trinn 1. (Figur 1A, trinn 4)
MERK: Dette fullfører fabrikasjonen av tverrpunktsenheten, figur 1B. - Utfør elektrisk analyse og temperaturanalyse på den fabrikkerte enheten for å forstå motstandsbryterytelsen.
- Bruk kildemåleren med to-probe direct current (DC) I-V målesystem og en probestasjon for elektriske målinger.
- Oppretthold alltid relevant samsvar for å unngå å skade enhetene.
- For å analysere enhetens nåværende oppførsel, utfør spenningsstyrt analyse og bruk spenningsfeier som starter med en lav spenning på 0,1 V i positiv bias og øker sakte til elektroforming observeres.
MERK: Elektroforming er en engangshendelse der noen få nanometer-brede ledende filamenter dannes i det opprinnelig isolerende funksjonelle oksidet ved en bestemt spenning, som avhenger av iboende materialegenskaper og enhetsdimensjoner. På dette punktet observeres et plutselig fall i motstand eller økning i strøm på strømspenningsgrafen på grunn av en dannet ledende bane. - Etter elektroforming, påfør toveis spenningsfeier for å oppnå flyktig terskelvekslingsytelse. Juster spenningen for å oppnå et høyt PÅ/AV-forhold. I dette tilfellet ble et koblingsforhold på ~ 10 oppnådd.
- Analyser strømspenningsegenskapene ved forskjellige temperaturer fra romtemperatur til 90 °C som øker i trinn på 10 °C og rygg tilbake til romtemperatur ved hjelp av et temperaturkontrollert stadium.
2. Gridbar og biasing chip montering
- Design FIB optimalisert gridbar i CAD-programvare og produksjon ved hjelp av standard maskinering teknikker internt for montering biasing / oppvarming chips som brukes for in situ TEM eksperimenter, som vist i figur 2.
MERK: Figur 2A viser separate deler av styrestangen for å montere tre sjetonger samtidig i de firkantede skyttergravene. Figur 2B viser den zoomede firkantede grøftdelen designet for å passe til den kommersielt tilgjengelige in situ biasing / oppvarming chips for TEM. - Rengjør biasing chip ved å plassere den i et glass Petri skål fylt med aceton og forsiktig rotere i 2 min. Fjern deretter brikken og legg den i en petriskål fylt med metanol og roter forsiktig i 2 min. Til slutt, blås med lavtrykks nitrogen.
MERK: Kommersielt kjøpte biasing chips, referert til som E-chips, har et fotoresist belegg for beskyttelse. - Juster den forhåndsrenkede biasing chip i firkantede grøfter av gridbar, som sett i figur 2C.
- Fest gitterdekselet på toppen av biasing chip med skruer for å fullføre plasseringen av E-chip på rutenettet (Figur 2D).
3. Lamella forberedelse, montering på biasing chip ved hjelp av fokusert ion bjelke, og in situ overføring elektron mikroskopi
- Fremstille prøvene separat som beskrevet i avsnitt 1 med en tykkere BE av Ti_10 nm/ Pt_100 nm, som vist i figur 3A.
- Monter den nyforberedte prøven på en metallstubb ved hjelp av ledende karbontape og last i FIB-kammeret. Bruk ekstra tape på prøven for jording for å unngå ladeproblemer.
- Legg det forutinntatte sponmonterte gitterfestet i kammeret ved en 52° helling (se figur 3B). Dette vil være enten vinkelrett eller parallelt med ionstrålekolonnen, avhengig av stadierotasjonen.
- Fokuser, astigmate, og juster elektronstrålen på en prøveoverflate ved hjelp av mikroskopets fysiske kontrollpanel og programvare på lamellaforberedelsessteder.
- Kontroller den eusentriske høyden på den fokuserte prøveplasseringen og strålen tilfeldighet for elektronstrålen og iionstrålen.
MERK: Den eusentriske høyden er posisjonen der prøvens bilde ikke beveger seg når prøven vippes. - Klikk på Auto TEM program (automatisk lamella forberedelse program) for å kjøre den på fokusert prøveplassering ved hjelp av mikroskop kontroll programvare. Det automatiske programmet følger sekvensen som er beskrevet nedenfor.
MERK: Dette vil fullføre prosessen for å lage en TEM lamella (figur 4). Fremdriften til AutoTEM-programmet kan observeres live på skrivebordsskjermen.- Lag kryssfiducial justering markører med silisium fresing og deponer en 1,5 μm tykk karbon beskyttende lag over 20 μm x 5 μm området mellom justering markører.
- Mølle grøfter på hver side av karbon beskyttende lag med en 5 nA ion strålestrøm for å skape lamella.
- Tynn lamella med en 1 nA ionstrålestrøm først og deretter med 300 pA ionstrålestrøm for å nå en tykkelse på 1 μm.
- Vipp prøven til 7° for å utføre en J-kutt på lamella for separasjon fra underlaget.
- Vipp prøven til 0° (det vil si vinkelrett på elektronstrålekolonnen) og fest lamellaen til manipulatornålen ved å bruke Pt (figur 5A).
- Etter at mikromanipulatoren er tilhør, skiller du lamellaen fra underlaget med det endelige kuttet og trekker mikromanipulatoren langsomt tilbake (figur 5B).
- Fokuser strålen på den øverste kanten av biasing chip på gitteret, lamella monteringsposisjon.
- Ta lamellaen langsomt mot biasing chip med manipulator nålen (Figur 6A).
- Juster lamellaen i midten av 17 μm-gapet på den øverste kanten av biasing-brikken. Flytt den langsomt ned til den knapt berører chipoverflaten og sveiser de nederste kantene på lamellaen til brikken ved hjelp av Pt (figur 6B).
- Skjær mikromanipulatoren fri fra lamella med silisiumfresing og trekk inn mikromanipulatoren.
- Koble de øverste kantene på lamellaen med Pt-spor til de to elektrodene på biasing-brikken for elektriske tilkoblinger (figur 6C).
MERK: TE og BE er kortert på dette punktet på både venstre og høyre side. - Tynn midtområdet av lamella først ved hjelp av 300 pA, og deretter med 100 pA ionbjelker for å gjøre lamella mindre enn 100 nm tykk (Figur 6D) ved å vippe prøven foran og bak med 2 ° for å sikre parallelle ansikter og en jevn tykkelse.
- Poler ut ionstråleskadet lag med Ga-stråleakselererende spenning på 5 kV i en vinkel på 5° til overflaten på begge ansikter.
- Fjern den korte forbindelsen mellom enhetens øvre og nedre elektroder med isolasjonskutt i det tynne området for å opprette en gjeldende bane fra BE til TE gjennom det aktive området (figur 7A).
- Monter den forutinntatte brikken med lamella på den forutinntatte sponholderen, og last deretter den forutinntatte sponholderen inn i TEM-kammeret.
- Koble ledningene fra den forutinntatte sponholderen til kildemåleren og en kontroll-PC.
MERK: Plasser tilkoblingsledningene forsiktig for å avlaste belastningen og minimere eventuelle vibrasjoner under forsøket. - Vent til TEM-kammertrykket faller til 4e-5 Torr og fokuser deretter, astigmate, og juster elektronstrålen på et tverrsnitt av lamellaoverflaten ved hjelp av TEM-kontrollknottene.
- Påfør spenningsfeier eller konstant spenning ved forskjellige biasing spenninger og samle TEM mikrografer in situ.
MERK: Data relatert til diffraksjonsmønstre, elektrondiffraksjon x-ray spektroskopi (EDX), og elektron energi tap spektroskopi (EELS) kartlegging kan også samles på ulike biasing spenninger in situ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Resultatene som oppnås ved hjelp av denne protokollen for a-VO x-krysspunktenhetene, er forklart i figur 8. Figur 8A viser TEM-mikrografen til den intakte lamellaen. Her indikerer diffraksjonsmønstrene (innsetter) den amorfe karakteren til oksidfilmen. For in situ TEM-målingene ble kontrollerte spenninger brukt fra 25 mV til 8 V i 20 mV-trinn med bunnelektroden (BE) positivt partisk og toppelektrode (TE) jordet. Figur 8B viser at ved 4 V en lokalisert krystallinsk region dannet i oksidlaget. Her var d-avstanden0,35 nm, som vist i høyoppløselige TEM (HRTEM) og diffraksjonsmønstre (innsetter). Denne d-avstandentilsvarer (011)-planet i VO2–M1 fase10,11. Figur 8C viser de mange lokaliserte krystalløyene i oksidlaget ved 5 V. Disse krystalløyene ble orientert i forskjellige retninger med hensyn til underlaget. To forskjellige d-avstander kan observeres i tilsvarende FFT og HRTEM (inntredere): 0,35 nm og 0,27 nm. En avstand på 0,27 nm tilsvarer VO2–A-fasen, mens 0,26 nm tilsvarer VO2–M1 fase12. Med tanke på avviksfeilene og vippekorreksjonsgrensene til instrumentet, tilsvarer den observerte 0,27 nm d-avstanden sannsynligvis den blandede fasen av VO2-M1 og VO2-A. Figur 8D at Moiré frynser ved 6 V. Det er flere kjerneområder i lamella. Her gir FFT og HRTEM (innsetter) ytterligere bevis på de ulike retningene til VO2-M1 krystalløyene. Etter 6 V er lamellaen helt krystallisert med flere retninger bare med den elektriske skjevheten uten konvensjonell annealing.
Dette er den første demonstrasjonen av en-VOx tynn film krystalliserende inn lokaliserte c-VO2 øyer med elektrisk bias. Det sterke beviset for tilstedeværelse av c-VO2-øyer i en-VOx-enheter etter skjevhet ved høyere spenning beviser resistiv koblingsegenskaper (Figur 2 av sitert referanse4) og koblingsmekanismen (Figur 6 av den sitertereferansen 4) for asymmetriske krysspunktenheter basert på blandet faset en-VOx.
Resultatene viser anvendelsen av den forklarte protokollen. Her ble de in situ nanostrukturelle endringene fanget i remanens av spenningsfeier ved forskjellige spenninger med høyoppløselige TEM (HRTEM) mikrografer og tilsvarende diffraksjonsmønstre.
Figur 1: Fabrikasjonsflyt og krysspunktsenhetsstruktur skjematisk. (A)Fabrikasjonsstrøm som omfatter Ti capping for å beskytte a-VOx film fra oppløsning i vann. (B) Skjematisk av tverrpunktsenhetsstruktur. Dette tallet er endret fra Nirantar et al.4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Skreddersydd FIB-optimalisert gridbar for in situ montering av TEM-sjetonger. (A)Individuelle deler av rutenettet. (B) Kvadrert grøft for in situ TEM chip plassering. (C) Justert biasing chip for in situ TEM i kvadrert grøft. (D) Montert biasing chip på rutenettet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Tverrsnittsstabler for in situ-prøver og FIB-kammeroppsett av biasing chip. (A) Tverrsnitt stabler av enheter utarbeidet separat for in situ biasing ved hjelp av TEM prøve. (B)Gridbar oppsett i kammeret for å gi tilgang til skanning elektron mikroskopi (STEM) detektor for presisjonsskjæring og tilkoblinger på lamella. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Behandlingstrinn for Automatisk TEM. (A) Justeringsmarkører og beskyttelseslag deponering. (B) Grøfter dannet med grov fresing ved hjelp av en 5 nA strøm. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Prosessen med lamellaseparasjon fra underlaget. (A) Manuelt laget J-cut og festet lamella til manipulator nålen. (B) Ekstrahert lamella gjennom skyttergravene etter det endelige separasjonskuttet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Lamella montering på biasing chip prosessen. Manipulatorbringer den vedlagte lamellaen til den forutinntatte brikken. Lamellafestet til den forutinntatte brikken. (C) Tilkoblinger med platina spor mellom elektrodene av biasing chip og regionen av interesse for lamella. (D) Sub-100 nm tynnet sentrum regionen av lamella. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Endelige isolasjonskutt og den nåværende banen i lamella og mikrograf av FIB-optimalisert biasing chip. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 8: In situ elektrisk overføring elektron mikroskopi. (A) Original lamella. Innslaget viser FFT av det funksjonelle laget. (B)Mikrograf etter 4 V biasing. FFT-inntredelse viser c-VO2 (M1) fase med (011) plan og HRTEM inntreder viser frynseseparasjonen som 0,35 nm. (C)Mikrograf etter 5 V. FFT- og HRTEM-innsetter viser flere kjerneområder og forskjellige retninger av samme c-VO2–M1. (D) Mikrograf etter 6 V. FFT-innsetter viser forskjellige retninger av samme c-VO2 – M1-fase. HRTEM inntreder dannelsen av Moiré frynser. Dette tallet er endret fra Nirantar et al.4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dette papiret forklarer protokollen for in situ biasing med overføring elektron mikroskopi inkludert fabrikasjonsprosessen for enheten, gridbar design for biasing chip montering, lamella forberedelse og montering på biasing chip, og TEM med in situ biasing.
Fabrikasjonsmetodikken til tverrpunktsenheter, som enkelt kan skaleres opp til tverrstangstrukturer, forklares. Ti capping av vanadiumoksid er viktig for å innlemme amorfe vanadiumoksid, fordi det oppløses i vann under fabrikasjonstrinnene etter en-VOx deponering. Enheter er fabrikkert med to forskjellige størrelser for elektrisk testing, 4 μm x 4 μm og 6 μm x 6 μm. Kontaktelektroden som brukes her er Pt, et edelt metall som forringes minimalt over fabrikasjonsperioden. På grunn av dette og for å unngå ensartet krystallisering av vanadiumoksid i enhetsstrukturen, ble elektrodefannealingstrinnet som vanligvis brukes, utelatt i denne fabrikasjonsmetoden. En komplett fabrikasjonsflyt og enhetsstrukturen skjematisk presenteres Figur 14.
For in situ eksperimenter, enhetene er fabrikkert separat med tykkere BE som forklart i trinn 1 av lamella forberedelse og montering på biasing chip delen. Dette gjøres for å unngå avsetning av Pt partikler på det funksjonelle laget under tilkoblinger. Endringen i tykkelsen på BE forventes ikke å ha noen effekt i enhetsbytte.
De kommersielt tilgjengelige biasing chips (f.eks E-chip) for in situ biasing med TEM har fire biasing elektroder tilgjengelig for tilkobling og en 17 μm bred gap for montering av lamella, som vist i figur 7B. En tilpasset gridbar er designet for å montere biasing chips, da denne ordningen gir tilgang til skanning overføring elektron mikroskopi (STEM) detektor i FIB kammeret for presis skjæring og tilkobling av lamella montert på biasing chip. Dette er spesielt nødvendig for de nøyaktige isolasjonskuttene som er forklart i trinn 17 av lamellaforberedelsen og monteringen på den forutinntatte chipdelen. For lamella forberedelse og montering prosessen, sekvensen av Pt tilkoblinger, lamella tynning, og gjør isolasjon kutt (trinn 14-17 av lamella forberedelse og montering) er den mest avgjørende for å oppnå en ren lamella. Her utføres Pt-tilkoblingssporene før tynningsprosessen for å unngå avsetning av Pt-partikler på det funksjonelle oksidlaget, noe som kan ødelegge elektriske attributter.
Etter hvert som lamellaen tilberedes ved hjelp av Ga ion-fresing, forventes det noe uønsket Ga-kontaminering i den endelige lamellaen. Lamella polering utføres imidlertid for å redusere skaden forårsaket av Ga-strålen betydelig. En annen ulempe med denne protokollen er at dimensjonene på lamella er betydelig mindre (i nanoskala) sammenlignet med den faktiske enheten (noen få mikrometer). På grunn av dette kan variasjon observeres i de elektriske karakteriseringene til den faktiske enheten og den lamellabaserte enheten.
Til tross for det, gir denne protokollen en betydelig fordel over de eksisterende teknikkene, da den gir visuell verifisering av hvert trinn av lamellapreparatet og under in situ biasing. Som alle trinnene kan sees visuelt i sanntid, oppdages feil og rettes umiddelbart. Det er ingen skjulte aspekter i prosessen, og feilsøking er rett og slett ved visuell observasjon med mindre det er noen instrumentspesifikke problemer.
Den presenterte metodikken har en bemerkelsesverdig innvirkning innen materialvitenskap og resistive koblingsenheter som er kompatible med høye vakuumforhold. Protokollen kan forklare de elektriske resultatene og driftsmekanismene basert på visuelt observerte nanostrukturelle endringer i situ. Denne protokollen vil påvirke neste generasjon nanoelektronikk, logiske kretser, nevromorfe enheter og materialvitenskap for å avsløre de underliggende driftsmekanismene og forutsi den praktiske anvendelsen av nye strukturer og materialer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble utført delvis ved Micro Nano Research Facility ved RMIT University i victoriansk node ved Australian National Fabrication Facility (ANFF). Forfatterne anerkjenner fasilitetene, og den vitenskapelige og tekniske hjelpen fra RMIT University's Microscopy, Microanalysis Facility, et koblet laboratorium av Mikroskopi Australia. Stipendstøtte fra australian Postgraduate Award (APA)/Research Training Program (RTP) ordningen til den australske regjeringen er anerkjent. Vi takker professor Madhu Bhaskaran, førsteamanuensis Sumeet Walia, Dr. Matthew Field og Mr. Brenton Cook for deres veiledning og nyttige diskusjoner.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Resist processing system | EV group | EVG 101 | |
| Acetone | Chem-Supply | AA008 | |
| Biasing Chip - E-chip | Protochips | E-FEF01-A4 | |
| Developer | MMRC | AZ 400K | |
| Electron beam evaporator - PVD 75 | Kurt J Leskar | PRO Line - eKLipse | |
| Focused Ion beam system | Thermo Fisher - FEI | Scios DualBeamTM system | |
| Hot plates | Brewer Science Inc. | 1300X | |
| Magnetron Sputterer | Kurt J Leskar | PRO Line | |
| Mask aligner | Karl Suss | MA6 | |
| Maskless Aligner | Heildberg instruments | MLA150 | |
| Methanol | Fisher scientific | M/4056 | |
| Phototresist | MMRC | AZ 5412E | |
| Pt source for e-beam evaporator | Unicore | ||
| The Fusion E-chip holder | Protochips | Fusion 350 | |
| Ti source for e-beam evaporator | Unicore | ||
| Transmission Electron Microscope | JEOL | JEM 2100F |
References
- Kozma, R., Pino, R. E., Pazienza, G. E. Advances in Neuromorphic Memristor Science and Applications. Kozma, R., Pino, R. E., Pazienza, G. E. , Springer. Netherlands. 9-14 (2012).
- Pan, F., Gao, S., Chen, C., Song, C., Zeng, F. Recent progress in resistive random access memories: Materials, switching mechanisms, and performance. Materials Science and Engineering: R: Reports. 83, 1-59 (2014).
- Zhou, Y., Ramanathan, S. Mott Memory and Neuromorphic Devices. Proceedings of the IEEE. 103 (8), 1289-1310 (2015).
- Nirantar, S., et al. In Situ Nanostructural Analysis of Volatile Threshold Switching and Non-Volatile Bipolar Resistive Switching in Mixed-Phased a-VOx Asymmetric Crossbars. Advanced Electronic Materials. 5 (12), 1900605 (2019).
- Rupp, J. A., et al. Different threshold and bipolar resistive switching mechanisms in reactively sputtered amorphous undoped and Cr-doped vanadium oxide thin films. Journal of Applied Physics. 123 (4), 044502 (2018).
- Ahmed, T., et al. Inducing tunable switching behavior in a single memristor. Applied Materials Today. 11, 280-290 (2018).
- Nili, H., et al. Nanoscale Resistive Switching in Amorphous Perovskite Oxide (a-SrTiO3) Memristors. Advanced Functional Materials. 24 (43), 6741-6750 (2014).
- Ahmed, T., et al. Transparent amorphous strontium titanate resistive memories with transient photo-response. Nanoscale. 9 (38), 14690-14702 (2017).
- Reuhman-Huisken, M. E., Vollenbroek, F. A. An optimized image reversal process for half-micron lithography. Microelectronic Engineering. 11 (1), 575-580 (1990).
- Taha, M., et al. Insulator-metal transition in substrate-independent VO2 thin film for phase-change devices. Scientific Reports. 7 (1), 17899 (2017).
- Booth, J. M., et al. Correlating the Energetics and Atomic Motions of the Metal-Insulator Transition of M1 Vanadium Dioxide. Scientific Reports. 6, 26391 (2016).
- Lee, S., Ivanov, I. N., Keum, J. K., Lee, H. N. Epitaxial stabilization and phase instability of VO2 polymorphs. Scientific Reports. 6, 19621 (2016).
