Odaklanmış iyon ışını ile memristör üretim süreci geliştirme ve karakterizasyonu
Process development for memristor fabrication with focused ion beam and electrical characrterization
Yazar: ORHUN ŞENTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ CEM BAYRAM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı / Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anodik oksidasyon = Anodic oxidation ; Memristörler = Memristors ; Titanyum = Titanium ; İyon demeti = Ion beam

Özet:
Elektroniğin temelinde kullanılan transistör elemanı birçok dijital mantık devresinin ve
hafıza uygulamalarının gerçekleşmesini sağlamıştır. Fakat transistörlerin sadece iki
kademeli anahtarlama yapabilmeleri nedeniyle artan işlem gücüne beklentisindeki
kapasiteyi gerçekleştiremediği durumlar oluşmuştur. Memristör elemanı bu durumlar için
çözüm sunmaktadır. Memristör önce teorik bir denklem olarak ortaya atılan kavram iken
daha sonra fiziksel olarak da üretilmiştir. Transistörden en büyük artısı ise iki kademeden
çok daha fazla ölçekte anahtarlama yapabilmesidir. Bu da çok daha yüksek kapasiteli
dijital devre ve hafıza uygulamalarında kullanılması potansiyelini göstermektedir. İlk
fiziksel memrsitör üretimi titanyum oksit temelli malzeme ile üretilmiştir. Bu çalışmada
da titanyum oksit memristif malzemenin temelini oluşturmaktadır. Titanyum oksit
malzemeyi üretmek için anodik oksidasyon işlemi uygulanmıştır. Titanyum asidik bir
çözelti içerisinde gerilim kontrollü devre altında elektrokimyasal tepkime göstererek
oksitlenmiştir. Çalışmanın özgün tarafını bundan sonra titanyum oksit tabakasının
aşındırılması ile oluşturulan memristör geometrileri oluşturmaktadır. Memristör kademeli
anahtarlama işleminin iki elektrotu arasında oluşturduğu oksijen boşluğu, iyonik veya 
ii
ferromanyetik köprü yapısı ile sağlar. Bu çalışmada titanyum oksit temelli memristör
kullanıldığı için köprü yapısı oksijen boşlukları ile oluşmuştur. Oluşan köprünün
elektrotlar arası mesafeye göre değişiklik göstermesi memristörün açma-kapama işlemi
sırasındaki direnç değer farkını etkilemektedir. Elektrotlar arası mesafenin olabildiğince
daraltılması ile daha simetrik ve düzgün köprü yapılarını oluşturarak memristör direnç
değer farkının arttrılmasını hedeflemiştir. Elektrotlar arası mesafenin nano boyutlarda
olması odaklı iyon demeti ile sağlanmıştır. Odaklı iyon demeti hem tutarlı hem de kesin
aşındırma olanağı sağladığı için memristif yapıda çeşitli geometriler denenerek
elektrotlar arası olabildiğinde dar mesafe elde edilmek istenmiştir. Daha sonra elde edilen
memristör geometrilerin karakterizasyonu 4 noktalı akım-gerilim ölçümü ile sağlanmıştır
ve açma-kapama sırasında sergilenen direnç farklarına göre memristörlerinde etkinliği
gözlenmiştir.

Abstract:
The transistor element, which is one of the most important building blocks of electronics, has provided the realization of many digital logic circuits and memory applications. However, due to the fact that the transistors can only do two-stage switching, there have been situations where the expected capacity for the increased processing power could not be realized. The memristor element offers a solution for these situations. While the memristor was first introduced as a theoretical equation, it was later produced physically. The biggest advantage of the memristor is that it can switch in more than two stages. This shows its potential for use in much higher capacity digital circuit and memory applications. The first physical memristor production was produced with titanium oxide-based material. In this study, titanium oxide forms the basis of the memristive material. The anodic oxidation process was applied to produce the titanium oxide material. Titanium is oxidized by electrochemical reaction under voltage controlled circuit in an acidic solution. The original aspect of the study is the memristor geometries formed by etching the titanium oxide layer. The oxygen gap formed between the two electrodes of the memristor cascade switching process is provided by an ionic or ferromagnetic bridge structure. In this study, as a titanium oxide-based memristor was used, the bridge structure was formed with oxygen vacancies. The variation of the bridge formed according to the distance between the electrodes affects the resistance value difference during the on-off process of the memristor. It is aimed to increase the difference in memristor resistance value by creating more symmetrical and smooth bridge structures by narrowing the distance between the electrodes as much as possible. The nano-sized distance between the electrodes is provided by focused ion beam. Since the focused ion beam provides both consistent and precise etching, various geometries in the memristive structure were tried to obtain as narrow distance as possible between the electrodes. Later, the characterization of the obtained memristor geometries was provided by 4-point current-voltage measurement and the effectiveness of the memristors was observed according to the resistance differences exhibited during on-off.