Estudio de la Termodinámica de mecanismos de SET y RESET en memristores de conmutación resistiva

Abstract

Actualmente, uno de los mayores retos que quedan por superar en el área de la computación es el cuello de botella de Von Neumann. Una de las posibles soluciones que se está investigando son las memorias RRAM las cuales, gracias a la conmutación resistiva, son capaces de funcionar como memorias no volátiles y presentan otras múltiples aplicaciones. Esto las dota de gran interés y, consecuentemente, constituyen el foco de este trabajo. Con el objetivo de investigar estos dispositivos, se han caracterizado tres muestras diferentes: Óxido de hafnio (HfO2), óxido de aluminio (Al2O3) y una bicapa de HfO2/Al2O3. Este estudio consiste en las siguientes medidas, a partir de las cuales se ha analizado y comparado el comportamiento de estos dispositivos: curvas I-V, histerones, robustez, lazos anidados, lazos acumulados, histerones anidados y transitorios de corriente. Los transitorios se han ajustado a un modelo para describir y comparar con mayor precisión las transiciones de RESET. Además, para alcanzar una mayor comprensión de los mecanismos de conducción y para estudiar los efectos de la temperatura en ciertos parámetros, se han presentado las anteriores medidas a diferentes temperaturas. Mediante la interpretación de todos estos resultados se han determinado las posibles aplicaciones de estas muestras.

Currently, one of the biggest challenges in computing that remains to be solved is Von Neumann’s bottleneck. One of the possible solutions which are being investigated is RRAM memories which, thanks to resistive switching, can operate as non-volatile memories and could be implemented for several other applications. This makes them of great interest and therefore they constitute the purpose of this work. In an effort to investigate these devices, three different samples have been characterized: Hafnium oxide (HfO2), aluminum oxide (Al2O3) and a bilayer of HfO2/Al2O3. This research comprises the following measurements from which the behavior of these devices has been analyzed and compared: I-V curves, hysterons, endurance, nested cycles, accumulated cycles, nested hysterons and current transients. The current transients have been fitted to a model to describe and compare RESET transitions more precisely. In addition, to achieve a greater comprehension of their conduction mechanisms as well as to study the effects of temperature in certain parameters, the previous measurements at different temperatures have been presented. Through the interpretation of all of these results the possible applications of these samples have been determined.