Study of the process of fabrication of V O2 devices for application on Oscillatory Neural Networks

EN]: For almost half a century vanadium oxide compounds have been an object of interest to the scientific community for their very fast metal to insulator transition behavior, with a special focus on V O2 for its near room temperature phase transition. Devices made with this material have been studied for the fabrication of oscillators to be used in oscillatory neural networks that are able to solve complex tasks on unstructured data such as image recognition. In this thesis we offer a study of the process of fabrication of such a compound using a novel technique of flash anneal on different thicknesses of ALD deposited amorphous vanadium oxide. An additionnal study of this fast anneal technique on PLD deposited and Ge doped vanadium dioxide was done. A study of different device architectures has been made, comparing a 2D planar architecture and a 3D crossbar architecture. Finally, we offer a few macroscopical models to understand better the working principle of this devices. All of this is done on SiO2-on-Si wafers to prepare a process that is compatible with the current CMOS technology. Abstrait [FR]: Depuis près d’un demi-siècle, les composés d’oxyde de vanadium sont un objet d’intérêt pour la communauté scientifique en raison de leur comportement de transition rapide entre des phase métallique et isolante, avec un accent particulier sur le composé V O2 pour sa transition de phase à température proche de la température ambiante. Les dispositifs fabriqués avec ce matériau ont été étudiés pour la fabrication d’oscillateurs destinés à être utilisés dans des réseaux neuronaux oscillatoires capables de résoudre des tâches complexes sur des données non structurées telles que la reconnaissance d’images. Dans cette thèse, nous proposons une étude du processus de fabrication d’un tel composé en utilisant une nouvelle technique de flash anneal sur différentes épaisseurs d’oxyde de vanadium amorphe déposé par ALD. Une étude supplémentaire de cette technique de recuit rapide sur du dioxyde de vanadium déposé par PLD et dopé au Ge a été réalisée. Une étude de différentes architectures de dispositifs a été réalisée, comparant une architecture plane en 2D et une architecture transversale en 3D. Enfin, nous proposons quelques modèles macroscopiques pour mieux comprendre le principe de fonctionnement de ces dispositifs. Tout cela est réalisé sur des wafers de SiO2-on-Si afin de préparer un processus compatible avec la technologie CMOS actuelle. Astratto [IT]: Per quasi mezzo secolo i composti di ossido di vanadio sono stati oggetto di interesse da parte della comunità scientifica per il loro comportamento di transizione metallo-isolante molto veloce, con una particolare attenzione a V O2 per la sua transizione di fase a temperatura ambiente. I dispositivi realizzati con questo materiale sono stati studiati per la fabbricazione di oscillatori da utilizzare nelle reti neurali oscillatorie, che sono in grado di risolvere compiti complessi su dati non strutturati come il riconoscimento di immagini. In questa tesi offriamo uno studio del processo di fabbricazione di tale composto utilizzando una nuova tecnica di flash anneal su diversi spessori di ossido di vanadio amorfo depositato via ALD. Uno studio addizionale della tecnica di flash anneal è stato fatto per diossido di vanadio depositato via PLD e Ge drogato. Diverse architetture di dispositivi sono state studiate, confrontando un’architettura planare 2D e una traversa 3D. Infine, offriamo alcuni modelli macroscopici per comprendere meglio il principio di funzionamento di questi dispositivi. Tutto questo viene fatto su wafer SiO2-on-Si per preparare un processo compatibile con l’attuale tecnologia CMOS.