RF sıçratma ile oluşturulmuş Ba0,5Sr0,5TiO3 ince filmlerin memristif özelliklerinin incelenmesi
Investigation of memristive behavior of Ba0,5Sr0,5TiO3 thin films prepared by RF sputter
Yazar: ÖZLEM AKIN
Danışman: PROF. DR. HASAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Amaç: Manyetik sıçratma ve fotolitografi yöntemi kullanılarak üretilen Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) esaslı memristör yapılarının memristiv özelliklerinin incelenmesi.
Yöntem: Bu çalışma, Ba0,5Sr0,5TiO3 metal oksit tabakasının büyütme şartları ve tavlama koşullarına bağlı olarak memristiv davranışının nasıl değiştiğini incelemek amacıyla yapılmıştır. Çalışmada incelenen Ba0,5Sr0,5TiO3 metal oksit tabakaları literatürde verilen rutin hazırlama yöntemlerinden farklı olarak fotolitografi ve manyetik sıçratma yöntemlerinin birlikte kullanılması ile aygıt formunda üretilmiştir. Ba0,5Sr0,5TiO3 filmi ile üretilen memristörün özelliklerini iyileştirme maksadı ile farklı malzeme ile birlikte büyütülmüştür. Bu malzemelerden ilki Ti'dur. Bu yapıda BST içerisine Ti HiPIMS güç kaynağı ile ikincil magetrona uygulanan puls süresi seçimi ile farklı frekanslarda katkılanmıştır. İkinci yapı BST TiO2 ve Ti ile ayrı ayrı çoklu-tabakalı olarak büyütülmüştür. Üçüncü yapıda ise BST CeO2 ile tabakalı olarak büyütülmüştür. İlk iki yapıda memristörler düz film şeklinde üretilip, üçüncü yapıda hem düz film hem de litografi ile aygıt formunda üretilerek bu yapıların memristiv davranışları incelenmiştir. Katakterizasyonlar için I-V(t), XRD, Optik soğurma ve Raman Spektorskopisi teknikleri kullanıldı.
Bulgular: Büyütme koşullarına, büyütme sıcaklığı ve ısıl işlemlere bağlı olarak Ba0,5Sr0,5TiO3 metal oksit yapıların farklı memristiv davranışlar sergilediği belirlenmiştir. Gerçekleştirilen I-V(t) ölçümlerinde en iyi memristiv davranışlar, 400oC altlık sıcaklığında ve 100oC da tavlanan numunelerde olduğuna karar verildi. XRD ölçümleri kristal yapı oluşumunu desteklerken BST yapısında fonon modlarına ait saçılma gözlenmemesi incelenen filmlerin inceliği ve bu yapılarda fonon modlarının yeterince etkin olmaması ile ilişkilendirildi.

Abstract:
Purpose: Investigation of memristive properties of Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) based memristor structures produced using magnetic sputtering and photolithography method.
Method: This study was carried out to investigate, how the memristive behavior of the Ba0,5Sr0,5TiO3 metal oxide layer changes depending on the growth and annealing conditions. The Ba0,5Sr0,5TiO3 metal oxide layers examined in this study were produced in device form by using photolithography and which, thin films grown magnetic sputtering, unlike the routine preparation methods given in the literature. In order to improve the properties of the memristor produced with Ba0,5Sr0,5TiO3 film, it was grown with different materials. The first of these materials is Ti. In this structure, Ti is doped into the BST at different frequencies by choosing the pulse duration applied to the secondary magnetron via HiPIMS power supply. The second structure was grown as a multilayer with BST TiO2 and Ti separately. In the third structure, BST was grown layer by layer with CeO2. In the first two structures, memristorswere produced in flat film form, and in the third structure, memristors were produced both in flat film and device form with lithography and the memristive behavior of these structures was investigated I-V(t), XRD, Optic absoption and Raman.
Findings: It was determined that Ba0,5Sr0,5TiO3 metal oxide structures exhibited different memristive behaviors depending on the growth conditions, growth temperature and heat treatments. According to the I-V(t) measurements, it was decided that the best memristive behaviors were in the samples annealed at 400℃substrate temperature and 100℃. While XRD measurements supported the formation of crystal structure, the absence of scattering of phonon modes in the BST structure was associated with the thickness of the films and the ineffectiveness of phonon modes in these structures.