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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2628| Estudio y Simulación de Estructuras Basadas en ZnO y Si para su Aplicación en Dispositivos de Conmutación Resistiva Bipolar | |
| Juan Federico Ramirez Rios | |
| Alfredo Morales Sánchez Sergio Alfonso Pérez_García | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Resistive switching memory Bipolar switching Memristor Nanocrystals Monte Carlo Simulation | |
| En este trabajo se realizó el estudio de la desoxidación-oxidación de materiales compuestos por subóxido de silicio (SiOx) y óxido de zinc (ZnO) de cara a la aplicación y simulación de dispositivos de conmutación resistiva (CR). De este modo, el uso del ZnO en conjunto con nanocristales de silicio (Si-NCs) permitió la CR bipolar debido a la formación/ruptura de filamentos conductivos (FC). Inicialmente, utilizando los resultados obtenidos para multicapas SiO2/Si-NCs previamente caracterizados en nuestro grupo de investigación, se simularon las curvas corriente-voltaje con comportamiento de CR bipolar a través del modelado en dos dimensiones (2D) de la generación y recombinación de vacancias de oxígeno (VO). Para las simulaciones semiempíricas de este proceso estocástico se implementó el método de Monte Carlo cinético (kMC). Para esto se propuso el cálculo del estado resistivo a partir de la configuración de vacancias de oxígeno (CVO) y los Si-NCs fueron modelados como aglomerados de VO fijas. A continuación, se depositaron películas de ZnO por RF Sputtering a diferentes temperaturas de sustrato. Después de un estudio previo de las propiedades cristalográficas y de emisión de luz, un conjunto de películas de ZnO se recocieron térmicamente en ambiente de nitrógeno para investigar los cambios estructurales que dan lugar a la formación de defectos. Dicho análisis se realizó a través de técnicas de fotoluminiscencia (FL), difracción de rayos X (XRD) y espectroscopía de fotoelectrones por rayos X (XPS). De estos, se evidenció un cambio de la concentración de defectos asociadas con las VO y una emisión lumínica centrada en el visible, dependiente de la temperatura de depósito y principalmente del recocido térmico. Posteriormente, con estas películas de ZnO se fabricaron dispositivos para obtener la CR de sus curvas corriente-voltaje. Estos datos fueron analizados y simulados en tres dimensiones (3D) para estudiar la CR bipolar de dispositivos compuestos por un solo tipo de óxido. Luego se estudiaron películas de ZnO y Si depositados por RF Cosputtering variando tanto la potencia del blanco de Si, como su posterior tiempo de tratamiento térmico. Para este análisis se emplearon caracterizaciones de FL, espectroscopia de transmitancia (UV-Vis) y microscopia de transmisión de electrones a alta resolución (HRTEM) logrando así obtener Si-NCs embebidos en matrices de ZnO (ZnO+Si-NCs). In this work, the study of the deoxidation-oxidation of materials composed of silicon suboxide (SiOx) and zinc oxide (ZnO) was carried out for the application and simulation of resistive switching (RS) devices. Thus, the use of ZnO in conjunction with silicon nanocrystals (Si-NCs) enabled bipolar RS due to the formation/breakup of conductive filaments (CF). Initially, using the results obtained for SiO2/Si-NCs multilayers previously characterized in our research group, current-voltage curves with bipolar RS behavior were simulated through two-dimensional (2D) modeling of oxygen vacancy (VO) generation and recombination. For the semi-empirical simulations of this stochastic process, the kinetic Monte Carlo (kMC) method was implemented. For this, the calculation of the resistive state from the configuration of oxygen vacancies (CVO) was proposed and the Si-NCs were modeled as fixed VO agglomerates. Subsequently, ZnO films were deposited by RF Sputtering at different substrate temperatures. After a previous study of crystallographic and light emission properties, a set of ZnO films were thermally annealed in nitrogen environment to investigate the structural changes leading to defect formation. Such analysis was performed through photoluminescence (PL), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques. From these, a change in the defect concentration associated with the VO and a light emission centered in the visible, dependent on the deposition temperature and mainly on thermal annealing, was evidenced. Subsequently, devices were fabricated with these ZnO films to obtain the RS of their current-voltage curves. These data were analyzed and simulated in three dimensions (3D) to study the bipolar RS of devices composed of a single type of oxide. ZnO and Si films deposited by RF Co-sputtering were studied by varying both the Si target power and its subsequent heat treatment time. For this analysis, PL characterization, transmittance spectroscopy (UV-Vis) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) were used to obtain Si- NCs embedded in ZnO matrices (ZnO+Si-NCs). Thus, with the ZnO+Si-NCs oxide configuration, devices for bipolar RS analysis of their current-voltage curves were fabricated. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2024-08 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Ramírez Ríos, J. F., (2024), Estudio y Simulación de Estructuras Basadas en ZnO y Si para su Aplicación en Dispositivos de Conmutación Resistiva Bipolar, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
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