In-situ Experimente im Transmissionselektronenmikroskop zu den Mechanismen des resistiven Schaltens in Oxiden für nicht-flüchtige Datenspeicher

• Antragsteller: Professor Dr. Herbert Schröder
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 16318811

Zur schnellen Informationsspeicherung werden zur Zeit überwiegend „dynamic random access memories (DRAMs) eingesetzt, z. B. als Arbeitsspeicher im PC. Diese ladungsbasierten, dielektrischen Speicher leiden mit zunehmender Integration und somit abnehmender Dicke des Dielektrikums durch erhöhte Leckströme an Ladungsverlusten und sind generell flüchtige Speicher. Sie müssen deshalb in zukünftigen Chipgenerationen ersetzt werden, bevorzugt durch neue, nicht-flüchtige Speicherbauelemente, die in der Halbleiterindustrie und in zahlreichen Forschungsinstituten intensiv untersucht werden. Gute Chancen werden widerstandsbasierten (resistiven) Speicherbauelementen gegeben, bei denen die Information durch bei kleinen elektrischen Spannungen oder Strömen stabile, aber unterschiedlich große Widerstandswerte gespeichert und ausgelesen wird. Durch Anlegen von höheren Spannungen oder Strömen kann zwischen den mindestens zwei Widerstandsniveaus geschaltet, also Information geschrieben werden. Dieses Phänomen ( resistive switching ) wurde unter anderem bei einfachen (Metall-)Oxiden wie SiO2 und TiO2 oder Mischoxiden mit Perowskitstruktur wie SrZrO3 beobachtet. Da der mikroskopische Vorgang des Umschaltens weitgehend ungeklärt ist, soll mit dem hier vorgestellten Forschungsvorhaben versucht werden, durch direkte Beobachtung bei in-situ Experimenten in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) mikrostrukturelle Veränderungen auf der Nanometer-Skala mit dem Widerstandsschalten zu korrelieren. Dazu werden in einem speziellen Halter im TEM Proben mikrostrukturell untersucht, an denen gleichzeitig elektrische 4-Punktmessungen (Spannung, Strom, Widerstand) in Abhängigkeit von weiteren Parametern (El. Feld, Temperatur, Zeit, Geometrie) vorgenommen werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1157: Integrierte elektrokeramische Funktionsstrukturen