Crecimiento por ablación láser de films delgados de óxidos con propiedades de memoria resistiva

Abstract

El rápido desarrollo de la tecnología de memorias electrónicas acompaña la evolución continua de la tecnología informática y otros dispositivos electrónicos de consumo, como reproductoras de audio digital, cámaras digitales y teléfonos móviles. En la actualidad, dos tipos de memoria dominan el mercado: la memoria dirigida eléctricamente y la memoria dirigida mecánicamente. El primero caso incluye típicamente las memorias dinámicas de acceso aleatorio (DRAM) y las memorias FLASH. La memoria direccionada mecánicamente se refiere principalmente a la memoria de almacenamiento magnético, típicamente los discos duros, que tiene una capacidad de almacenamiento mucho más alta y un precio más bajo que la DRAM y la memoria flash, pero presentan bajas velocidades de escritura y lectura.Las memorias DRAM están compuestas básicamente por un transistor y un condensador que almacenan carga. Si bien presentan excelentes prestaciones en cuanto a durabilidad (1016 ciclos de escritura), velocidad de lectura/escritura (<10ns) o consumo de energía (10-15 J/bit), poseen la desventaja de que son volátiles, es decir, la información que almacenan se pierde si se suspende su alimentación eléctrica. Por otra parte, las memorias FLASH son no volátiles ?poseen tiempos de retención de alrededor de 10 años- pero presentan como desventaja su baja velocidad de escritura (1s-10ms), alto consumo de energía (10-10 J/bit) y durabilidad limitada (105 ciclos de escritura). En base a lo descripto, el mercado de memorias electrónicas requiere una nueva tecnología de memorias no volátiles que combinen las ventajas de las DRAM y las FLASH, sin presentar sus desventajas.Muchas empresas e institutos de investigación están involucrados en el desarrollo de nuevas tecnologías de memorias, como la RAM magnética (MRAM), la RAM Ferroeléctrica (FeRAM), memorias de cambio de fase (PCM) y la RAM Resistiva (RRAM). Se espera que la tecnología que prevalezca pueda reemplazar a las memorias de semiconductores existentes; para esto, es necesario que sean compatibles con la tecnología CMOS estándar. Una celda RRAM ?también llamado memresistor- consiste básicamente en una estructura metal / aislante / metal (MIM). El principio de la tecnología RRAM es la conmutación de los estados de resistencia ?llamado usualmente conmutación resistiva o resistive switching- de la capa aislante aplicando un estímulo eléctrico adecuado. De esta forma, es posible obtener estados de ?baja resistencia? (RLOW o ON) y estados de alta resistencia (RHIGH o OFF) no volátiles, correspondientes a estados "1" y "0" lógicos. Los materiales dieléctricos que presentan este efecto comprenden una gran variedad de óxidos de metales de transición binarios y complejos, incluyendo óxidos de tipo perovskita. Los primeros reportes de efectos de conmutación resistiva datan de la década del 60?, pero fue en la primera década de este siglo cuando se disparó un notable interés en este efecto, tanto a nivel de ciencia básica como de desarrollo de dispositivos, motivado por el interés tecnológico ya descripto. Sin embargo, a la fecha no están completamente comprendidos y controlados a la nanoescala los mecanismos que originan la conmutación resistiva, lo que constituye un cuello de botella para la implementación masiva de esta tecnología.Por otra parte, algunas características del comportamiento eléctrico de los memresistores emulan el de las sinapsis neuronales, por lo que en los últimos años se ha disparado el interés para usar este tipo de dispositivos en el desarrollo de circuitos neuromórficos, que emulen la enorme capacidad de cálculo con baja energía de los sistemas biológicos, capaces de realizar tareas complejas como el reconocimiento de imágenes de manera extremadamente eficiente.Este trabajo de Tesis contribuye con el estudio de los mecanismos memresistivos existentes en sistemas basados en films delgados de distintas manganitas, tanto a partir de mediciones macroscópicas como en la nanoescalaSe estudiaron dispositivos de memoria resistiva basados en las manganitas La1/3Ca2/3MnO3, La1/2Sr1/2Mn1/2Co1/2O3, y TbMnO3 en forma de películas delgadas depositadas sobre sustratos de n-Si, Si/Pt y Nb:SrTiO3. Los depósitos de los óxidos se realizaron mediante la técnica de ablación por láser pulsado.