Elektrokaplama yöntemi ile elde edilen metal oksitlerin memristif ve yapısal özellikleri
Memristive and structural properties of metal oxides obtained via electroplating
Yazar: ESİN GÜL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DİNÇER GÖKCEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Geleneksel hafıza yapılarıyla kıyaslandığında daha küçük alanda daha çok veri tutabilme, düşük güç kullanımı, yüksek işlem hızı ve kalıcı hafıza özelliği göstermeleriyle memristörler, yeni nesil hafızalar arasında öne çıkmaktadır. İlk olarak hafıza uygulamalarında çalışılmaya başlanmasına rağmen, mantık devreleri, nöral sistemler ve kaotik devreler gibi analog ve dijital olmak üzere oldukça geniş bir kullanım alanı vardır. Ancak, avantajlarına rağmen, iletim mekanizmasının henüz tam anlamıyla anlaşılamamış ve kontrol edilemiyor olması, endüstriyel olarak kullanımı önünde engel oluşturmaktadır. Memristörün davranışını belirleyen en temel parametreler üretim süreci ve kullanılan malzemelerdir. Bu tez çalışmasında, kullanımı kolay ve düşük maliyetli bir yöntem olan elektrokimyasal kaplama ile memristör aktif katman üretimi gerçekleştirilmiştir. Sulu metansülfonik asit içerisinde anodik oksidasyon yöntemi kullanılarak üretilen TiOx katmanı, yapısında oksijen eksikliği olan Magneli fazında titanyum oksitlerden meydana gelmektedir. Memristörün anahtarlama performansını arttırmak amacıyla gerçekleştirilen uygulamalardan biri de  aktif katmana metal iyon tanıtılmasıdır. Bu çalışmada, farklı derişimlerde ana çözeltiye eklenen Mn+2 'nin anodizasyon sürecine ve iletim mekanizmasına etkileri tartışılmıştır. Ek olarak, elektrokimyasal olarak aktif ve pasif elektrotların da cihazın performansına etkileri araştırılmıştır. Üretilen ince filmlerin karakterizasyonu için çeşitli metroloji teknikleri kullanılmıştır. Yüzeyde oksit yapıları topografik olarak AFM ve SEM ile görüntülenmiştir. XRD ile yapılan yapısal analiz, yapısında oksijen eksikliği bulunan Magneli fazında TiOx üretiminin, tavlama gibi ek işlemlere gerek olmadan tek aşamada gerçekleştirildiğini göstermiştir. EDX ve XPS sonuçlarına göre, çözeltiye eklenen mangan oksitlenerek aktif katmanın yapısına katılmaktadır. Gerçekleştirilen ince film kalınlık ölçümlerinde ise, titanyum oksit oluşumunun da mangan tarafından desteklendiği gözlemlenmiştir. Farklı mangan derişimlerinde üretilen aktif katman yapılarında, derişime göre çift kutuplu ya da arayüz tipi anahtarlamaya rastlanmıştır. Sonuç olarak; ince film kalınlıkları, oksijen içeriği ve mangan derişiminin elektriksel özelliklere etkileri incelenmiştir.

Abstract:
As one of the most promising memory devices, memristor has the advantages of high-density data storage, low power consumption, faster operation and non-volatility over the conventional architectures. Having the potential usage in not only memory applications but also bio-mimicking systems, chaotic circuits and neural systems, memristive systems draw attention in the electronics industry. Despite its advantages, difficulties on understanding and controlling the conduction mechanism  prevent the widespread use of memristive systems. Most basic parameters that affect the behavior of the memristor are fabrication conditions and materials used for electrodes and active layer. In the thesis study, active layer fabrication is realized with electrochemical deposition which is easy to control and cost-effective method. Aqueous methanesulfonic acid (CH3SO3H) solution is used to perform anodic oxidation of Ti to produce an oxygen-deficient TiOx layer with certain stoichiometries. Metal ion introducing to the active layer is known to improve the switching performance of memristor. Therefore, addition of  Mn+2 at different concentrations to the main solution is performed and  the impacts on the anodization mechanism and conductivity of the TiOx layer are discussed. Additionally, effects of electrochemically active and passive materials as electrodes are examined in terms of conduction mechanism and device performance. Characterization of the thin film is carried out using different metrology techniques. AFM and SEM analyses are performed  to reveal surface topography. XRD results show that the oxygen deficient Magneli phase TiOx formation is achieved without the additional procedures such as annealing. According to the EDX and XPS, Mn+2 is joined the oxide structure as MnOx. Also, thin film thickness measurements indicate that the additive  Mn+2  ions promote the formation of thicker oxide layer. Depending on the manganese concentration, bipolar or interface type switching mechanisms are observed. Consequently, the relation between the thickness of the structures, oxygen content, manganese concentration and electrical properties is examined.