[ca] El requisit de sistemes informàtics i d'emmagatzematge de dades d'alt rendiment en l'era de l'Internet de les coses (IOT) aconsegueix els límits de la tecnologia actual. Les memòries flaix DRAM i NAND presenten importants desavantatges com la volatilitat de les dades i limitacions de velocitat. D'altra banda, el coll d'ampolla de von Neumann limita el rendiment informàtic a l'imposar una limitació física per a la comunicació entre les parts de l'ordinador. S'han proposat noves tecnologies de memòria, com ReRAM, en dispositius alternatius que combinen alt rendiment, baix preu i alta densitat. Un tipus prometedor d'ReRAM és una unió de túnel ferroelèctric (FTJ), que és composta per una capa ultrafina de material ferroelèctric intercalat entre dos elèctrodes metàl·lics. La direcció de la polarització (P) modula les propietats de barrera a la interfície amb els electrodes, canviant la conductivitat dels electrons. Els estats d'alta i baixa resistència (HRS i LRS, respectivament) es poden estabilitzar en el dispositiu invertint P. Per tant, la informació es pot escriure aplicant un pols extern de voltatge per polaritzar la mostra en una direcció particular i emmagatzemar-la en la seva resistència. No obstant això, altres efectes impulsats pel camp elèctric també poden causar commutació resistiva en FTJ. Aquesta tesi té com a objectiu explorar els fenòmens de variació resistiva en unions de túnels ferroeléctricos de Hf0.5Zr0.5O2 que es poden utilitzar en l'emmagatzematge de dades d'alta eficiència. Òxids basats en HfO2 han estat utilitzats durant dècades com a elements en ReRAM causa de la seva canvi de resistència causat per reaccions redox. No obstant això, el descobriment de la ferroelectricidad al HfO2 dopat obre les portes per utilitzar la inversió de polarització com a fenomen per controlar la resistència i, per tant, per escriure informació. Aquí, s'utilitzen capes epitaxials d'HZO amb un gruix inferior a 5 nm. Anàlisi elèctrics i estructurals han permès identificar la coexistència de la inversió ferroelèctrica genuïna i moviment iònic com a mecanismes per induir canvis de resistència en el mateix elèctrode. Es va trobar que la variació de resistència causada per moviment iònic s'aprofita de les fronteres de gra incoherents entre les fases de gra ortorrómbica (ferroelèctrica) i monoclínica (paraeléctrica). A l'dissenyar la microestructura de la capa, utilitzant un substrat amb un paràmetre de xarxa diferent, s'optimitza la variació de resistència per inversió ferroelèctrica i se suprimeix el moviment iònic. A més, a l'segellar les fronteres de gra amb una capa dielèctrica addicional augmentar la finestra de voltatge d'escriptura per a la variació resistiva purament ferroelèctrica i va afectar significativament el rendiment de l'aparell. Capes ultrafines (2 nm) de HZO van ser crescudes en substrats scandate per demostrar robustes propietats memristivas. Es demostren cicles de potenciació / depressió reproduïbles i mesuraments de spike-timing-dependent plasticity (STDP). Aquests resultats, combinats amb la compatibilitat de les capes de HZO amb la tecnologia CMOS actual, la producció amigable amb el medi ambient i el bon rendiment, mostren que les unions de túnel ferroelèctriques de HZO són alternatives viables per a la seva aplicació en memòries no volàtils. A més, les propietats memristivas fonamentals de la modulació de la conducció mostren que poden usar-se en dispositius amb inspiració neuromòrfica.

[es] El requisito de sistemas informáticos y de almacenamiento de datos de alto rendimiento en la era del Internet de las cosas (IoT) alcanza los límites de la tecnología actual. Las memorias flash DRAM y NAND presentan importantes desventajas como la volatilidad de los datos y limitaciones de velocidad. Por otro lado, el cuello de botella de von Neumann limita el rendimiento informático al imponer una limitación física para la comunicación entre las partes del ordenador. Se han propuesto nuevas tecnologías de memoria, como ReRAM, en dispositivos alternativos que combinan alto rendimiento, bajo precio y alta densidad. Un tipo prometedor de ReRAM es una unión de túnel ferroeléctrico (FTJ), que és compuesta por una capa ultrafina de material ferroeléctrico intercalado entre dos electrodos metálicos. La dirección de la polarización (P) modula las propiedades de barrera en la interfaz con los electrodes, cambiando la conductividad de los electrones. Los estados de alta y baja resistencia (HRS y LRS, respectivamente) se pueden estabilizar en el dispositivo invirtiendo P. Por lo tanto, la información se puede escribir aplicando un pulso externo de voltaje para polarizar la muestra en una dirección particular y almacenarla en su resistencia. Sin embargo, otros efectos impulsados por el campo eléctrico también pueden causar conmutación resistiva en FTJ. Esta tesis tiene como objetivo explorar los fenómenos de variación resistiva en uniones de túneles ferroeléctricos de Hf0.5Zr0.5O2 que se pueden utilizar en el almacenamiento de datos de alta eficiencia. Óxidos basados en HfO2 han sido utilizados durante décadas como elementos en ReRAM debido a su cambio de resistencia causado por reacciones redox. Sin embargo, el descubrimiento de la ferroelectricidad en el HfO2 dopado abre las puertas para utilizar la inversión de polarización como fenómeno para controlar la resistencia y, por lo tanto, para escribir información. Aquí, se utilizan capas epitaxiales de HZO con un grosor inferior a 5 nm. Análisis eléctricos y estructurales han permitido identificar la coexistencia de la inversión ferroeléctrica genuina y movimiento iónico como mecanismos para inducir cambios de resistencia en el mismo electrodo. Se encontró que la variación de resistencia causada por movimiento iónico se aprovecha de las fronteras de grano incoherentes entre las fases de grano ortorrómbica (ferroeléctrica) y monoclínica (paraeléctrica). Al diseñar la microestructura de la capa, utilizando un sustrato con un parámetro de red diferente, se optimiza la variación de resistencia por inversión ferroeléctrica y se suprime el movimiento iónico. Además, al sellar las fronteras de grano con una capa dieléctrica adicional aumentó la ventana de voltaje de escritura para la variación resistiva puramente ferroeléctrica y afectó significativamente el rendimiento del dispositivo. Capas ultrafinas (2 nm) de HZO fueron crecidas en sustratos scandate para demostrar robustas propiedades memristivas. Se demuestran ciclos de potenciación/depresión reproducibles y mediciones de spike-timing-dependent plasticity (STDP). Estos resultados, combinados con la compatibilidad de las capas de HZO con la tecnología CMOS actual, la producción amigable con el medio ambiente y el buen rendimiento, muestran que las uniones de túnel ferroeléctricas de HZO son alternativas viables para su aplicación en memorias no volátiles. Además, las propiedades memristivas fundamentales de la modulación de la conducción muestran que pueden usarse en dispositivos con inspiración neuromórfica.