WO3 memristör aygıtların geliştirilmesi
Developement of WO3 memristor devices
Yazar: HALİL İBRAHİM EFKERE
Danışman: PROF. DR. HAKAN ATEŞ ; PROF. DR. SAİME ŞEBNEM AYDIN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bellek = Memory ; Kaplama = Coating ; Magnetron = Magnetron ; Memristörler = Memristors ; Püskürtme sistemleri = Spraying systems ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) ve flash bellek teknolojilerindeki gelişmeler, son birkaç on yılda tüm dünyayı büyük ölçüde etkiledi. Elektronik teknolojindeki bu devrim niteliğindeki değişimler için itici güç olarak malzeme boyutlarının oldukça küçülmesi, daha düşük enerjiye ile çalışabilen aygıtların geliştirilmesi, veri iletiminde hızın artması, veri depolamadaki daha küçük hacimlere daha büyük kapasitelere ulaşılması gibi parametreler sayılabilir. Bu kapsamda bu tez çalışmasında veri depolama ve sinaptik taklit nicelikleri ile son yıllarda öne çıkmış memristör aygıtların geliştirilmesi için çalışmalar yürütüldü. Öncelikle memristör aygıtlarında aktif katman olarak kullanılmak üzere seçilen WOx metal oksit ince filmleri SiO2/Si alttaşlar üzerine kaplandı. Daha sonra elde edilen numuneler farklı sıcaklıklarda tavlanarak WOx ince filmlerin yapısal, optik, morfolojik karakterizasyonları gerçekleştirildi. Uygun optimizasyon değerleri kalibrasyon numunelerinden seçilerek memristiv özellikleri incelenecek numuneler hazırlandı. Numunelerin son durumda elektriksel karakterizasyonları yapılacağından alttaştan gelecek elektriksel katkıları engellemek için alttaş üzerine bir pasivasyon tabakası kaplanmalıdır. Bunun için Si alttaşlar üzerine pasivasyon tabakası olarak SiO2 ince filmi 100 nm olacak şekilde kaplandı. Daha sonra SiO2/Si yapısı üzerine 100 nm Au alt kontaklar kaplandı. Elde edilen numunelerin üzerine aktif katman olarak kullanılan WO3 ve WO3/WOx/WO3 katmanları büyütüldü. Daha sonra bu iki farklı aktif katmanların her birisinin üzerine üst kontaklar için fotolitografik işlemler ile üst kontak desenleri oluşturuldu ve Au, AuNiGe ve Pd metalleri kaplandı. Son olarak ortaya çıkan altı farklı numune için karşılaştırmalı olarak I-V ölçümleri ile histerezis analizleri yapıldı. Yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen verilere göre Au/WO3/Au/SiO2/Si yapısının memristiv özelliklerinin en iyi ve kararlı sonuçlara sahip olduğu belirlendi.

Abstract:
Advances in complementary metal oxide semiconductor (CMOS) and flash memory technologies have greatly impacted the world over the past few decades. As the driving force for these revolutionary changes in electronic technology, parameters such as decreasing material sizes, developing devices that can operate with lower energy, increasing the speed in data transmission, reaching smaller volumes in data storage and larger capacities can be counted. In this thesis, in this context, studies were carried out for the development of memristor devices that have come to the fore in recent years with data storage and synaptic imitation quantities. First of all, WOx metal oxide thin films, which were selected to be used as active layers in memristor devices, were coated on SiO2/Si substrates. Then, the obtained samples were annealed at different temperatures and structural, optical and morphological characterizations of WOx thin films were carried out. Appropriate optimization values were selected from the calibration samples, and samples were prepared to examine their memristive properties. Since the electrical characterization of the samples will be made in the final state, a passivation layer should be coated on the substrate to prevent electrical contributions from the substrate. For this, SiO2 thin film of 100 nm was coated on Si substrates as a passivation layer. Then, 100 nm Au sub-contacts were coated on the SiO2/Si structure. WO3 and WO3/WOx/WO3 layers, which were used as active layers, were grown on the samples obtained. Then, on each of these two different active layers, top contact patterns were created by photolithographic processes for top contacts and Au, AuNiGe and Pd metals were coated. Finally, I-V measurements and hysteresis analyses were performed for six different samples. According to the data obtained as a result of the studies, it was determined that the memristive properties of the Au/WO3/Au/SiO2/Si structure had the best and stable results.