Resumen: Hemos analizado los distintos modos de conducción que tienen lugar a través del aislante de puerta en estructuras Metal-Oxido-Semiconductor (MOS). En especial, por sus implicancias en las tecnologías microelectrónicas, se ha puesto énfasis en lo concerniente al dióxido de silicio (SiO2). Dependiendo del rango de voltajes y de espesores de aislante considerados, el SiO2 exhibe diferentes comportamientos que requieren un estudio particularizado. Cuando el óxido es muy delgado (<5-6nm), la corriente de túnel a altas tensiones presenta unas oscilaciones que pueden interpretarse, a partir de la mecánica cuántica, como consecuencia de la reflexión parcial de la función de onda electrónica en la interfaz anódica de la estructura. Nosotros hemos propuesto un modelo semi-empírico que logra captar la forma de las características de conducción en todo el rango de tensiones permitidos y para todos los espesores en los que el fenómeno es observable. Al aplicar un estrés eléctrico, la corriente de túnel a bajas tensiones exhibe un crecimiento anómalo que puede atribuirse a la generación de trampas en el seno del aislante. Este mecanismo de conducción se denomina SILC (stress-induced leakage current). Por otro lado, para óxidos más gruesos (>10nm), es posible detectar un cambio en el estado de carga del aislante a partir del desplazamiento de la curvas características capacidad-tensión y corriente-tensión. Hemos propuesto una sencilla modificación de la expresión que se utiliza habitualmente para la corriente de túnel Fowler-Nordheim, la cual permite dar cuenta de dicho comportamiento. Finalmente, se presenta una ampliación de un modelo de conducción que permite explicar de manera consistente los dos modos de ruptura (SOFT y HARD) que tienen lugar en óxidos ultra-delgados. El modelo se basa en la física de los sistemas conductores mesoscópicos y las propiedades de transmisión de los denominados contactos puntuales cuánticos. Hasta ahora, este es el único modelo analítico disponible que puede explicar numerosos hechos experimentales relacionados con el fenómeno bajo estudio.
Abstract: We have analyzed the different conduction modes through the gate insulator that can be observed in Metal-0xide-Semiconductor (MOS) structures. Special emphasis is put on silicon dioxide (SiO2)due to its implications for microelectronic technologies. Depending on the voltage range and oxide thicknesses considered, SiO2 exhibits different behaviors that require a particular study. When the oxide is very thin (<5-6nm), the tunneling current at large bias shows oscillations that can be interpreted, in terms of quantum mechanics, as a consequence of the wave function’s reflection at the oxide interfaces. We have proposed a semi-empirical model that captures the shape of the conduction characteristics in the whole bias range and for all thicknesses in which the phenomenon is observable. When an electrical stress is applied, the tunneling current at low voltages exhibits an anomalous increase that can be attributed to the appearance of bulk traps at the insulator. This conduction mechanism is referred to as SILC (stress-induced leakage current). For a thicker oxide (>10nm), it is also possible to detect a change in the oxide state of charge by means of shifts of the capacity-voltage or current-voltage curves. We proposed a simple modification to the well-known Fowler-Nordheim tunneling expression, which allows to explain such behavior. Finally, we present an improved model for conduction to deal with the breakdown modes of ultra-thin oxides SOFT and HARD. The model is based on the physics of mesoscopic conducting systems and the transmission properties of the so-called quantum point contacts. Until now, this is the only analytical model available that can successfully explain a number of experimental facts related to the phenomenon under study.
Título :
Mecanismos de conducción a través del aislante de puerta en estructuras MOS (Metal-Oxido-Semiconductor) = Conduction mechanisms through the gate insulator in MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structures
Autor :
Miranda, Enrique A.
Director :
Faigón, Adrián
Año :
2002
Editor :
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación :
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Física Facultad de Ingeniería. Laboratorio de Física de Dispositivos-Microelectrónica
Cita tipo APA: Miranda, Enrique A. . (2002). Mecanismos de conducción a través del aislante de puerta en estructuras MOS (Metal-Oxido-Semiconductor). Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_3464_Miranda.pdf
Cita tipo Chicago: Miranda, Enrique A.. "Mecanismos de conducción a través del aislante de puerta en estructuras MOS (Metal-Oxido-Semiconductor)". Tesis de Doctorado. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2002. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_3464_Miranda.pdf
Resumen: El principal objetivo de esta Tesis es introducir el método de arreglos sintéticos de emisores de georadar y desarrollar las técnicas y herramientas básicas para hacer efectiva su implementación. Los métodos usuales de cobertura simple permiten resolver muy diversas situaciones experimentales. En particular los estudios realizados en la zona de Palo Blanco permitieron caracterizar adecuadamente estructuras arqueológicas con bajo contraste con el medio circundante. En algunas situaciones las señales son muy débiles y es necesario utilizar otras metodologías, con cobertura múltiple, para mejorar su visibilidad. Pero las metodologías usuales de cobertura múltiple, tales como la de punto medio común, también presentan limitaciones, ya que en algunos casos las mejoras que se logran no son suficientes. En este contexto se propone el método de arreglos sintéticos de emisores de georadar, en el que se consideran arreglos de antenas para obtener zonas iluminadas más estrechas, concentrando la energía sobre los blancos de interés, y disminuyéndola en las zonas periféricas, generadoras de señales secundarias. Mediante esta metodología de cobertura múltiple se logra mejorar la relación de intensidad de la señal primaria respecto de otras señales secundarias, así como su continuidad lateral. Los resultados obtenidos en el presente trabajo mostraron beneficios significativos en cuanto a la aplicación de este nuevo método en georadar, para estudiar reflectores que generan solamente señales muy tenues y para mejorar en forma selectiva señales originadas en distintos objetos, lo que constituye un paso fundamental para continuar con el desarrollo del método.
Abstract: The main objective of this Thesis is to introduce the synthetic emitter array method and to develop the basic tools and techniques for its implementation. Usual single offset methods allow solving many different experimental situations. In particular, studies in the area of Palo Blanco allowed adequately characterizing archaeological structures with low contrast respect to the surrounding environment. In some situations signals are very weak and then other methodologies, with multiple offset, have to be used to improve its visibility. But the usual multi-offset methodologies, such as common midpoint, also have limitations, since in some cases the improvements are not suffcient for a clear characterization of the target. In this context, the synthetic emitter array method is proposed. This method employs emitter arrays to narrow the illumination area, thus concentrating the energy on the targets of interest and reducing it in peripheral areas, which generate secondary signals. Through this multi-offset methodology we increase the signal to noise ratio and the lateral coherence of the events, thus significantly improving the definition of very weak signals and the resolution of signals originated at different objects.
Título :
Procesamiento de señales de georadar: implementación del método de arreglos sintéticos de antenas emisoras = Ground penetrating radar signal processing: implementation of the synthetic emitter array method
Autor :
Cedrina, Lorena Valeria
Director :
Osella, Ana
Consejero de estudios :
Ferraro, Marta
Jurados :
Carcione, José M. ; Depine, Ricardo ; Lascano, María Eugenia
Año :
2010
Editor :
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación :
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Grupo de Geofísica Aplicada y Ambiental
Grado obtenido :
Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Cita tipo APA: Cedrina, Lorena Valeria . (2010). Procesamiento de señales de georadar: implementación del método de arreglos sintéticos de antenas emisoras. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_4769_Cedrina.pdf
Cita tipo Chicago: Cedrina, Lorena Valeria. "Procesamiento de señales de georadar: implementación del método de arreglos sintéticos de antenas emisoras". Tesis de Doctorado. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2010. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_4769_Cedrina.pdf
Resumen: Dentro del Plan Espacial Nacional (PEN), la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) tiene previsto el lanzamiento de la misión satelital SAOCOM, un radar de apertura sintética (SAR) que opera en microondas (λ = 23cm) y cuyo principal objetivo es la estimación de humedad del suelo sobre Pampa Húmeda. El problema de la estimación de variables biogeofísicas a partir de imágenes SAR es un problema mal condicionado, donde con frecuencia existen muchas combinaciones de parámetros de la superficie que producen las mismas observaciones SAR. Por esta razón, existen diversas técnicas de inversión, las cuales deben tener en cuenta lo siguiente: 1. la dificultad en la parametrización de los modelos de dispersión que rigen la respuesta del blanco ante un onda electromagnética incidente sobre él, 2. las incertezas en la medición del radar proveniente de ruido de origen coherente (conocido como ruido speckle), 3. las incertezas provenientes de la ingeniería del sensor, 4. las incertezas provenientes de la variabilidad espacial de las variables del blanco, en particular de la humedad del suelo. En este trabajo de tesis se desarrolló un esquema de inversión bayesiano que toma en cuenta todos estos temas. Dicho esquema se evaluó con datos SAR y mediciones de campo provenientes de varias campa˜nas con sistemas aerotransportados y satelitales. El esquema bayesiano considera todas las dificultades encontradas en el desarrollo de un producto operativo de humedad del suelo y puede resultar en un algoritmo alternativo al desarrollado por CONAE para la misión satelital SAOCOM.
Abstract: Within the framework of the Argentinean Space Plan (PEN), the National Space Activities Commission (CONAE) plans to launch the SAOCOM mission, which involves a synthetic aperture radar (SAR) operating in the microwave region (λ = 23cm) and whose main goal is the estimation of soil moisture over the Pampas Plains. Estimation of biogeophysical variables through radar images is an ill-posed problem, where there are often many combinations of surface parameters that produce the same SAR observations. For this reason, there are various retrieval techniques, which should take into account 1. the difficulty of parameterizing the scattering models which govern the response of the target to an electromagnetic wave impinging on it, 2. uncertainties in the radar measurement due to speckle noise, 3. instrumental noise from the sensor, 4. uncertainties from the spatial variability of the target variables, in particular of soil moisture. In this thesis a Bayesian retrieval scheme was developed, which takes into account all these issues. This scheme is assessed with SAR data and field measurements from various campaigns involving airborne and satellite systems. Also, the Bayesian scheme considers all the difficulties encountered in the development of an operational soil moisture product and can lead to an alternative algorithm to that developed by CONAE for the SAOCOM mission.
Título :
Parametrización y optimización de modelos de inversión para la obtención de humedad del suelo a partir de datos satelitales de Radares de Apertura Sintética = Parameterization and optimization of inversion models for soil moisture retrieval from Synthetic Aperture Radar (SAR) data
Autor :
Barber, Matías Ernesto
Director :
Grings, Francisco
Consejero de estudios :
Osella, Ana
Jurados :
Thibeault, Marc ; Bonomo, Néstor ; Galarza, Cecilia
Año :
2013
Editor :
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación :
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE). Grupo de Teledetección Cuantitativa
Grado obtenido :
Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Cita tipo APA: Barber, Matías Ernesto . (2013). Parametrización y optimización de modelos de inversión para la obtención de humedad del suelo a partir de datos satelitales de Radares de Apertura Sintética. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_5453_Barber.pdf
Cita tipo Chicago: Barber, Matías Ernesto. "Parametrización y optimización de modelos de inversión para la obtención de humedad del suelo a partir de datos satelitales de Radares de Apertura Sintética". Tesis de Doctorado. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2013. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_5453_Barber.pdf
Resumen: El objetivo de esta Tesis es el de estudiar el efecto del ruido eléctrico y la temperatura en sistemas memristivos. Este tipo de sistemas presenta el fenómeno conocido como conmutación resistiva (CR), en el cual se basan las memorias electrónicas ReRAM. Básicamente, la CR se caracteriza por el cambio abrupto de la resistencia eléctrica del material ante la presencia de un campo eléctrico externo. Se comienza por estudiar la influencia del ruido, tanto interno como externo, con un modelo memristivo sencillo. Según este modelo, solo el ruido interno produce un efecto beneficioso, esto es, aumenta el contraste resistivo. Luego, se presentan resultados de experimentos en una muestra del tipo manganita donde el ruido externo aumenta el contraste resistivo. Utilizando otro modelo que se encuentra en la literatura, se reproducen cualitativamente los resultados observados. A partir de este estudio, se encuentran las características generales que un modelo de la dinámica de la CR debe cumplir para que el ruido agregado externamente mejore el contraste resistivo tal como resulta en los experimentos. A continuación, se estudia el efecto combinado del ruido y la temperatura sobre la dinámica de la manganita. Se realizan experimentos a distintas temperaturas encontrando que el ruido aumenta el contraste en todo el rango considerado. Se logran reproducir los resultados experimentales, combinando un modelo que describe la CR con uno que da cuenta del cambio resistivo con la temperatura. Se estudian, también, tiempos de relajación luego de excitar la muestra. Asociando dicha relajación a la difusión de vacancias de oxígeno, se estiman el coeficiente de difusión y la energía de activación, obteniéndose valores consistentes a los encontrados en la literatura. Finalmente, en esta Tesis se demuestra que el ruido produce un efecto beneficioso en el fenómeno de la CR. Este resultado puede ser relevante en el área de los sistemas de almacenamiento y procesamiento de información, donde los altísimos niveles de integración electrónica hacen que la presencia del ruido no pueda ser soslayada.
Abstract: The objective of this Thesis is to study the effect of electrical noise and temperature on memristive systems. These systems exhibit the phenomenon of resistive switching (RS), which ReRam electronic memories are based on. Basically, RS is characterized by an abrupt change of the resistance under the presence of an external electric field. We begin by studying the influence of both internal and external noise using a simple memristive model. In this model, only internal noise produces a beneficial effect, that is, leads to an increase in the resistive contrast. Then, results of experiments performed on a manganite sample are presented, showing that external noise does indeed increase the resistive contrast. These results are qualitatively reproduced by using another model found in the literature. From this study, some general characteristics are found for a model aimed at describing the RS phenomenon in the presence of noise. Further on, we study the influence of both noise and temperature on the dynamics of the manganite sample. Experiments are performed at different temperatures, and noise is found to increase the resistive contrast in the full temperature range. Experimental results are succesfully reproduced by combining a model that describes RS with another model that accounts for the change of the resistance with temperature. Relaxation times after pulsing are studied. Relating the relaxation process to oxygen-vacancy diffusion, the estimated activation energies and diffusion coefficients are found consistent with published results. Finally, in this Thesis it is shown that noise has a beneficial effect on the phenomenon of RS. This finding may prove relevant in the area of memory devices and data processing, where the high levels of electronic integration render the presence of noise unavoidable.
Título :
Estudio de la dinámica de los sistemas memristivos : efecto del ruido y la temperatura en el fenómeno de la conmutación resistiva = A study of the dynamics of the memristive systems : the effect of noise and temperature on the resistive switching phenomenon
Autor :
Patterson, Germán A.
Director :
Fierens, Pablo I. Grosz, Diego F.
Consejero de estudios :
Mindlin, Gabriel
Jurados :
Romanelli, Lilia ; Llois, Ana María ; Levy, Pablo
Año :
2014-12-19
Editor :
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación :
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA). Laboratorio de Optoelectrónica
Grado obtenido :
Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Cita tipo APA: Patterson, Germán A. . (2014-12-19). Estudio de la dinámica de los sistemas memristivos : efecto del ruido y la temperatura en el fenómeno de la conmutación resistiva. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_5625_Patterson.pdf
Cita tipo Chicago: Patterson, Germán A.. "Estudio de la dinámica de los sistemas memristivos : efecto del ruido y la temperatura en el fenómeno de la conmutación resistiva". Tesis de Doctorado. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2014-12-19. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_5625_Patterson.pdf
Resumen: Las memorias resistivas están entre los principales candidatos a ser utilizados como elementos en una nueva generación de memorias no volátiles. Esto se debe a su bajo consumo energético, una alta velocidad de lectura/escritura y a la posibilidad de lograr memorias de alta densidad compatibles con los procesos de la tecnología CMOS actual (por sus siglas en inglés: Complementary Metal–Oxide–Semiconductor). El funcionamiento de estas memorias se basa en la conmutación resistiva (CR), que consiste en el cambio controlado de la resistencia de una interfase metalóxido a través de estímulos eléctricos. Si bien hasta el presente no se ha podido determinar con certeza el mecanismo físico que controla la CR, se piensa que está basado en el movimiento de vacancias de oxígeno que formarían de manera reversible zonas de alta/baja conducción dentro del óxido. La presente tesis tiene como objetivo principal entender los mecanismos físicos que gobiernan a la CR y poner en evidencia algunos de los aspectos esenciales que pueden contribuir a lograr dispositivos útiles desde el punto de vista tecnológico. Para ello se han realizado estudios de las características principales de la CR para distintas interfases metal-óxido a distintas condiciones de temperatura. Se han utilizado Au, Pt y Ag como metales y los siguientes óxidos complejos YBa2Cu3O7–δ (YBCO), La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) y La0.7Sr0.3CoO3 (LSCO). Se han elegido estos óxidos complejos debido a que presentan características similares, como ser materiales fuertemente correlacionados con una estructura cristalina tipo perovskita y una alta movilidad de oxígenos, lo que afecta muchas de sus propiedades físicas, ya que dependen fuertemente de la estequiometría. Nuestros resultados han demostrado la existencia de una CR bipolar en todos estos sistemas. Ésta es explicada satisfactoriamente a través de un modelo de difusión de vacancias de oxígeno asistidas por campo eléctrico. Se han caracterizado las interfases como dispositivos de memoria, estudiando sus mecanismos de conducción, encontrándose una conducción dominada por un mecanismo del tipo Poole-Frenkel para la muestra de YBCO y una conducción del tipo SCLC para el LSCO y el LSMO. Adicionalmente, se ha conseguido una alta durabilidad y repetitividad en el funcionamiento de estas junturas como dispositivos de memoria, gracias a la optimización en el protocolo utilizado para escribir/borrar, lográndose más de 103 conmutaciones consecutivas sin fallas en dispositivos bulk. También se ha estudiado el efecto de la acumulación de pulsos idénticos en las interfases obteniéndose una relación entre la amplitud de la CR y el número de pulsos aplicado a amplitud y temperatura fijas. Luego de someter la interfase a ciclos de fatiga eléctrica, se ha encontrado una similitud entre la evolución de la resistencia remanente en esta con la propagación de defectos en un metal sometido a pruebas de fatiga mecánica. Esta relación puede ser usada como base para generar un algoritmo de corrección de errores y para mejorar la efectividad y el consumo de energía de estos dispositivos de memoria. Finalmente, se han realizado estudios sobre la evolución temporal de cada estado de resistencia. Hemos demostrado que sigue una ley exponencial estirada con un exponente cercano a 0.5 y un tiempo característico dado, que depende tanto de la temperatura como de la potencia utilizada. Estos resultados implican que la evolución temporal no está dominada por un proceso estándar de difusión térmicamente activado. La difusión de vacancias de oxígeno ocurre en una superficie con una densidad de trampas que depende de la temperatura, donde dicha superficie correspondería físicamente a los bordes de grano del óxido.
Abstract: Resistive Random Access Memories (RRAM) have attracted significant attention recently, as they are considered as one of the most promising candidates for the next generation of non-volatile memory devices. This is due to its low power consumption, fast switching speed and the ability to become a high density memory compatible with the conventional Complementary Metal–Oxide–Semiconductor (CMOS) processes. The working principle of this kind of memories is the resistive switching (RS) phenomenon which is simply the controlled reversible change in the resistivity of a junction generated by an external electric field. It has been proposed that the RS is coupled with the migration of oxygen vacancies generating a reversible conduction path inside the oxide. Many experiments have been done to address the switching mechanism during the last decade without any conclusive answer of what is the physical mechanism beneath RS. The main goal of the present work is to understand the physical mechanism that controls the RS and to point out which are the key parameters that can help improve the performance of the memory devices from a technological point of view. In this dissertation we report on the studies of RS in different interfaces metal/oxide where we have utilized gold, silver and platinum as metal and as complex oxides: YBa2Cu3O7–δ (YBCO), La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) and La0.7Sr0.3CoO3 (LSCO). These oxides have been chosen because all of them are strongly correlated compounds with physical properties strongly dependent of their oxygen stoichiometry. They also have a similar crystalline structure (perovskite type) and a high oxygen mobility. Our results show that bipolar RS on all these systems is satisfactorily explained by a model of electric assisted diffusion of oxygen vacancies. We also characterize the conduction mechanism of the junctions. We show that, while the behavior of the metal/LSCO and metal /LSMO interfaces are consistent with space charge limited conduction (SCLC), conduction in the metal/YBCO interface is consistent with Poole-Frenkel transport. Feasibility of memory devices based on the junctions under study has been tested. In particular, we present an algorithm that, while reaching high repeatability of resistance values in over 103 successful switching events, optimizes power consumption. We have also studied the effects of accumulating cyclic electrical pulses of increasing amplitude on the non-volatile resistance state of the junctions. We have found a relation between the RS amplitude and the number of applied pulses, at a fixed amplitude and temperature. This relation remains very similar to the Basquin equation used to describe the stress-fatigue lifetime curves in mechanical tests. This points out to the similarity between the physics of the RS and the propagation of defects in materials subjected to repeated mechanical stress. This relation can be used as the basis to build an error correction scheme. Finally, we have analyzed the time evolution of the remnant resistive state in the oxide-metal interfaces. The time relaxation can be described by a stretched exponential law that is characterized by a power exponent close to 0.5. We found that the characteristic time increases with increasing temperature and applied power which means that this is not a standard thermally activated process. The results are a clear evidence of the relation between RS and the diffusion of oxygen vacancies on a surface with a temperature-dependent density of trapping centers, which may correspond, physically, to the diffusion along grain boundaries.
Título :
Memorias resistivas en interfases óxido-metal = Resistive memory in complex oxide-metal interfaces
Autor :
Schulman, Alejandro Raúl
Director :
Acha, Carlos Boudard, Michel
Consejero de estudios :
Caputo, Cristina
Jurados :
Borzi, Rodolfo ; Fierens, Pablo ; Nuñez Regueiro, Manuel ; Faigón, Adrián ; Quintero, Mariano
Año :
2015-03-25
Editor :
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación :
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Física. Laboratorio de Bajas Temperaturas MINATEC. Grenoble INP. Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique
Grado obtenido :
Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Resumen: El trabajo desarrollado en esta Tesis se focaliza en el estudio de mecanismos de transporte eléctrico involucrados en la degradación y eventual ruptura de películas dieléctricas (óxidos delgados). Éstos forman parte de una infinidad de dispositivos que son fabricados en vistas de posibles aplicaciones tecnológicas. El estudio de la degradación adquiere relevancia debido a que es preciso saber cómo se degrada cada componente y cómo ello incide en el comportamiento eléctrico general del dispositivo. Las estructuras estudiadas consisten en apilamientos metal/ óxido/ semiconductor (del inglés MIS) que pueden ser pensados como capacitores y que, en particular, constituyen la estructura básica para la construcción de transistores de efecto campo (MOSFET, según su sigla en inglés). A su vez, la misma estructura se encuentra presente en otro tipo de dispositivo con que se trabajó: las NROM (Nitride Read-Only Memories); que constituyen un tipo particular de las ampliamente difundidas memorias FLASH. Se trata de apilamientos fabricados a nivel comercial que se emplean actualmente como memorias no volátiles. Además, en la misma línea de analizar propiedades eléctricas de óxidos bajo distinto tipo de estímulos, se incursionó en el estudio de estructuras metal/ aislante/ metal (del inglés MIM). En ellas, la conmutación resistiva se muestra como una de las posibles aplicaciones de algunos de los mismos óxidos mencionados con anterioridad. Complementariamente, se analiza la factibilidad de su uso como mecanismo de memoria, en comparación con los mencionados NROM. El trabajo consistió en la caracterización eléctrica, comprensión de los mecanismos de conducción y/o conmutación así como el estudio bajo condiciones de degradación tales como radiación (de fotones , de iones pesados, protones y rayos X) y operación prolongada (procesos de estrés eléctrico). Si bien las distintas estructuras provienen de diversas colaboraciones con otros grupos de investigación, también se efectuaron algunas incursiones en los procesos de fabricación. Este trabajo comienza con la descripción de los efectos producidos por la incidencia de distintos tipos de radiación en estructuras MIS (metal/ aislante/ semiconductor), a partir de un análisis comparativo. Complementariamente, en los mismos apilamientos, se estudió la degradación debida a la aplicación prolongada de un voltaje. Luego se presenta un estudio orientado a comprender si la descarga producida por rayos X incidiendo en estructuras MOSFET condiciona la persistencia de las cargas atrapadas en las cercanías del dato perdido. A continuación, la incursión en estructuras de tipo MIM dio lugar a una serie de indagaciones vinculadas con el tópico de la conmutación resistiva. Se verá que muchas de las técnicas y aprendizajes adquiridos, durante los estudios precedentes, resultaron ventajosos al momento de encarar esta línea. Se puso de manifiesto la conmutación resistiva en muestras basadas en MgO y HfO2. En el primer caso, una conmutación entre estados muy disímiles (en orden de magnitud de la corriente) sugirió la propuesta de alternativas de fabricación. En el segundo, una amplia variedad de experimentos fueron empleados con la finalidad de comprender el comportamiento evidenciado por dicho material, que resultó destacarse por la particularidad de sus propiedades (autolimitación de corriente, ausencia de electroformado, resistencia al estrés eléctrico, etc.).
Abstract: Studies carried out in this Thesis have been focused on thin film oxide degradation and breakdown mechanisms. Motivation arises from the fact that those films are part of a huge number of devices manufactured for possible technological applications. Degradation analysis becomes relevant since it is necessary to know the way in which each component is modified. Electrical behavior of degraded components is also of paramount importance. Analyzed structures consist of capacitive stacks composed of metal / insulator / semiconductor (MIS) which constitute the basic structure for transistor construction such as MIS - Field Effect technology. The same structure may be observed in the well-known memory technology: NROM devices, which consist of a variety of the so called FLASH memories. Within the same research framework of studying electrical properties of oxide films under different stimuli, resistive switching was dealt with. In this case, stack is somewhat different from that previously mentioned: semiconductor bottom contact is replaced by another metal contact (metal / insulator / metal or MIM). The main goal of this work is to improve the understanding of degradation and breakdown causes as well as the variety of techniques employed to reach that target (electrical characterization, stress measurements, radiation incidence). Although samples were provided by collaborators, some fabrication processes were carried out within the Thesis development. Firstly, radiation incidence on high k based MIS structures was comparatively analyzed from different radiation sources. Afterwards, a complementary degradation mechanism was studied in the same sample type: electrical stress. Since it was shown that radiation incidence is a cause of oxide degradation (producing trapped charge or modifying charge densities) a comprehensive study on simultaneous discharge of NROM based memories was carried out. As it was demonstrated, current technology of FLASH memories (i.e. NROM) seems not to be appropriate for hazard environments, so a different memory type was analyzed: ReRAM devices. Two high k based materials were tested during this work: MgO and HfO2. The first one presented an unusual switching ratio with a low rate of repetition; soft breakdown regime was identified to justify such behavior. The second one, remarkable for its properties (self current limitation, electroforming free, electrical stress hardness), showed that the complex fabrication process produced a more complex stack than the one usually employed.
Título :
Oxidos delgados para micro y nanoelectrónica: degradación, ruptura y aplicaciones tecnológicas = Thin films with micro- and nano-electronic scopes: Degradation, breakdown and technological applications
Autor :
Quinteros, Cynthia Paula
Director :
Palumbo, Félix Levy, Pablo
Consejero de estudios :
Acha, Carlos
Jurados :
Tamborenea, Pablo ; Grosz, Diego ; Fraigi, Liliana
Año :
2016-03-21
Editor :
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación :
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Física Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones. Gerencia de Área Investigación y Aplicaciones No Nucleares (GAIANN). Departamento de Física de la Materia Condensada Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones. Gerencia de Área Investigación y Aplicaciones No Nucleares (GAIANN). Departamento de Energía Solar
Grado obtenido :
Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Cita tipo APA: Quinteros, Cynthia Paula . (2016-03-21). Oxidos delgados para micro y nanoelectrónica: degradación, ruptura y aplicaciones tecnológicas. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_5923_Quinteros.pdf
Cita tipo Chicago: Quinteros, Cynthia Paula. "Oxidos delgados para micro y nanoelectrónica: degradación, ruptura y aplicaciones tecnológicas". Tesis de Doctorado. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2016-03-21. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_5923_Quinteros.pdf
http://digital.bl.fcen.uba.ar
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