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Ausschreibender Bereich: PGI-7 - Elektronische Materialien
Kennziffer: D131/2018, Physik, Elektrotechnik, Materialwissenschaften

Masterarbeit: Temperaturabhängige Untersuchung der Schaltkinetik an resistiv schaltenden Zellen mittels Spannungspulsen

Beschreibung: Energieeffiziente, nicht-flüchtige und dicht integrierbare Speicherzellen (Non-volatile Memories, NVM) sind Gegenstand aktueller Forschung und sollen auf lange Sicht die langsamen und energieaufwendigen Flash-Speicher ersetzen. Dabei sind redox-basierte, resistiv schaltende (ReRAM-) Zellen in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus gerückt. Eine ReRAM-Zelle besteht aus einer MOM (Metall-Oxid-Metall)-Struktur, wobei der Widerstand des Isolators durch Spannungspulse zwischen zwei und mehr Zuständen geschaltet werden kann. Verantwortlich dafür sind in der Oxidschicht stattfindende Redox-Prozesse.

Zur Charakterisierung der Speicherzellen werden diese an den beiden Metallkontakten kontaktiert. Die Stromantwort der Zellen auf Spannungspulse mit Pulsbreiten von 100 ns bis 100 s erlaubt es, die Schaltgeschwindigkeit unterschiedlicher Zellen zu bestimmen, welche Rückschlüsse auf die am Schaltvorgang beteiligten atomaren Prozesse zulässt. Das Verständnis letzterer ist für die aktuelle Forschung und Verbesserung der Speicherzellen von immenser Bedeutung.

Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen HfO2- und Ta2O5-basierte OxRAM-Zellen temperaturabhängig mit transienten Spannungspuls-Messungen untersucht werden. Diese sollen in einer speziellen Probenkammmer temperaturabhängig im Bereich zwischen 100 K und 300 K durchgeführt werden. Der temperaturabhängige Stromverlauf sowie die Schaltkinetik geben Rückschlüsse über die beim Schaltprozess involvierten atomaren Prozesse.

Das Masterprojekt beinhaltet folgende Aufgaben:

  • Elektrische Charakterisierung verschiedener HfO2- und Ta2O5-basierter ReRAM-Zellen mittels Spannungspulsen bei verschiedenen Temperaturen.
  • Materialabhängige Analyse und Auswertung der elektrischen Messungen, inkl. der Anpassung der Daten an physikalische Modelle.

Voraussetzungen:
Spaß an experimenteller und interdisziplinärer Arbeit, selbständige Arbeitsweise, sehr gute Kenntnisse und Noten im Bereich der Halbleiterbauelemente. Grundlegende Kenntnisse im Bereich der Messtechnik, der statistischen Datenanalyse, und Programmierkenntnisse sind erforderlich.

Ansprechpartner:

M. Sc. Alexander Hardtdegen
a.hardtdegen@fz-juelich.de
Tel. +49 2461 61-2551

Dr. Susanne Hoffmann-Eifert
su.hoffmann@fz-juelich.de
Tel: +49 2461 616505

Ausschreibung als pdf-Datei:  Masterarbeit: Temperaturabhängige Untersuchung der Schaltkinetik an resistiv schaltenden Zellen mittels Spannungspulsen (PDF, 405 kB)