Analysis and evaluation of HFO2 based resistive RAM devices for new generation non-volatile memories
Yeni nesil uçucu olmayan bellekler için HFO2 tabanlı rezistif RAM aygıtlarının analiz ve değerlendirmesi
- Tez No: 520796
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPAN BEK, DOÇ. DR. ŞEREF KALEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Bu tezin amacı, 28 nm ve CMOS teknolojisi için en uygun, gömülü uçucu olmayan bellek (eNVM) hücresini araştırmaktır. HfO2 tabanlı rezistif RAM (RRAM) bellekleri; uyumluluk, güvenilirlik, düşük güç tüketimi ve yüksek hızlarda çalışabilmelerinden dolayı yeni nesil eNVM'ler için en önemli adaylardan biridir. Bu tez kapsamında, çeşitli HfO2 tabanlı bellekler oluşturulmuş olup, optik ve elektriksel ölçüm yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Yapısal özelliklerin ve oksit materyalin kristalinitesinin etkilerinin araştırılması için Raman ve XRD ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümlerle, kristal ve amorf HfO2 arasındaki fark gözlemlenmiş olup, çok kristalli HfO2'nin monoklinik ve tetragonal fazları belirlenmiştir. Daha sonra, her iki örnekte de sıcaklığa bağlı dielektrik permitivite ölçümleri yapılmıştır. Amorf HfO2, kristal yapıdakine kıyasla daha yüksek sıcaklık bağımlılığı göstermiştir. Daha sonra, 50 nm Ti metali, hem kristal hem de amorf HfO2 kaplı örnekler üzerine termal buharlaştırma yöntemi ile farklı boyutlarda kaplanmış olup, 100 nm Al metali ise alt elektriksel kontak olarak p-Si tabakasının arka yüzeyine aynı yöntem ile kaplanmıştır. Böylelikle, kapasitans-voltaj (C-V) ölçümleri bu fabrikasyonu yapılmış MOS cihazları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, kristal yapıdaki HfO2'nin dielektrik sabitinin amorf yapıdaki HfO2'ye göre daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Daha sonra, farklı metal elektrod yapılarına sahip 10 nm HfO2 tabanlı 1R rezistif RAM (RRAM) cihazları, yarı-statik akım-voltaj (I-V) ölçümleri ile incelenmiştir. Her tip bellek yapısının anahtarlama mekanizmaları karşılaştırılmış olup, bu yapılar arasında en verimli bellek tipi belirlenmiştir. Deneylere göre, atomik katman kaplama yöntemi ile üretilmiş, TiN ve TiWN alt elektrod yapısına sahip bellekler güvenilirlik ve güç tiketimi açısından çok ümit vadedicidir. Son olarak, kristal HfO2 tabanlı, paketlenmiş 4K-1T1R RRAM cihazının, FPGA tabanlı I-V ölçüm platformu kullanılarak elektriksel karakterizasyonu yapılmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre cihaz, fiziksel klonlanamaz fonksiyonlar (PUF) ve rastgele sayı üreteci (RNG) gibi güvenlik cihazlarının uygulamalarında kullanılmak için uygun bir aday olabilir.
Özet (Çeviri)
The objective of this thesis is to investigate the most suitable embedded non-volatile memory (eNVM) cell for the 28 nm and below CMOS technology. HfO2 based resistive RAM (RRAM) memories are one of the most important candidates for new generation eNVMs due to their compatibility, reliability, low power consumption and high speed operation. In the scope of this thesis, several HfO2 based memory stacks were built and characterized by optical and electrical characterization methods. Raman and X-Ray diffraction (XRD) measurements were conducted for investigating the structural properties and effects of crystallinity on the oxide material. By these measurements, the difference between crystalline and amorphous HfO2 was observed. Also, the monoclinic and tetragonal phases of multi-crystalline HfO2 were determined. Temperature dependent dielectric permittivity measurements were performed on both samples. Amorphous HfO2 showed a greater temperature dependence compared to crystalline one. After that, 50 nm Ti metal was deposited on both crystalline and amorphous HfO2 coated wafers at different sizes as top electrode by thermal evaporation and 100 nm Al metal was coated on the back side of p-Si by the same way as bottom electrical contact. Therefore, capacitance-voltage (C-V) measurements were performed on these fabricated HfO2 based MOS devices. According to the results, dielectric constant of crystalline HfO2 based device is greater than the amorphous HfO2 based one. Then, 10 nm HfO2 based 1R resistive RAM (RRAM) devices having different metal electrode structures were examined by quasi-static current-voltage (I-V) measurements. Switching mechanisms of each type of memory stack were compared and the most efficient memory types were determined among these structures. According to the experiments, atomic layer deposited TiN and TiWN bottom electrodes are very promising in terms of reliability and power consumption. Finally, a packed crystalline HfO2 based 4K-1T1R RRAM device was electrically characterized by an FPGA based I-V measurement platform. According to the results, the device can be a suitable candidate for implementing security devices such as physical unclonable functions (PUFs) and random number generators (RNGs).
Benzer Tezler
- EPB-TBM'lerin kazı performansının analizi ve değerlendirilmesi: Hadim-Afşar-Bağbaşı Su İkmal Tüneli örneği
Analysis and evaluation of excavation performance of EPB-TBM: Hadim-Afşar-Bağbaşı Water Supply Tunnel example
SERTAÇ DÜNDAR
Doktora
Türkçe
2024
Maden Mühendisliği ve MadencilikKonya Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİYAZİ BİLİM
- Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi ile inşa edilen bir tünelin sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analizi ve değerlendirilmesi
Analysis and evaluation of a tunnel, using FEM method ,constructed by NATM
SEVİNÇ ŞEHNAZ AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İ. KUTAY ÖZAYDIN
- İstanbul'da deprem sonrası toplanma alanlarının kapasitelerinin ve erişilebilirliklerinin CBS yardımıyla analizi ve değerlendirilmesi
Analysis and evaluation of capacity and accessibility ofafter earthquake assembly areas in istanbul by GIS
ELİF NİSA ÖZKILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİMMET KARAMAN
- Ülkemizde üretilen bazı solucan gübrelerinin (vermikompost) toprak verimliliğine yönelik bazı özelliklerinin analizi ve değerlendirilmesi
Analysis and evaluation of some properties of some vermicomposts (vermicompost) produced in our country for soil fertility
FIRAT ALTUNOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
ZiraatAtatürk ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESRİN YILDIZ
- Vergi kaçakçılığı suçlarının soruşturma aşamasının incelenmesi ve değerlendirilmesi
Analysis and evaluation of the investigation phase of tax evasion crimes
SELİM BAHRİ ÇATAL