Resumen de Modelización compacta de las características de conducción de dispositivos de conmutación resistiva /
La línea de investigación en la que se enmarca esta tesis doctoral se sitúa en torno a un modelo compacto para las características de conducción de estructuras metal-aislante-metal (MIM) en las que se observa el fenómeno de conmutación resistiva o como es más conocido en inglés, resistive switching (RS). Los materiales seleccionados han sido principalmente óxido de titanio (TiO2) y óxido de hafnio (HfO2). En el caso del TiO2 las actividades se han realizado en colaboración con el grupo de Física de Materiales de la Comisión Nacional de Energía Atómica, Buenos Aires, Argentina. En el caso del HfO2, se ha colaborado con el Institute of Electrical Engineering, SAS, Bratislava, Eslovaquia. También se ha trabajado con otros materiales y otros grupos de investigación (University College London, Universidad de Valladolid, University of Helsinki, etc.). El modelo propuesto consiste en una representación circuital equivalente formada por diodos y resistencias series y paralelo. La ecuación resultante del circuito se resuelve utilizando la función W de Lambert. Para incluir esta función en un modelo compacto se requieren aproximaciones especiales. El efecto de memoria se representa como una relación recursiva para una variable interna del dispositivo tal como se considera en sistemas memristivos. También se han desarrollado las herramientas para que el modelo propuesto inicialmente incluya el efecto de memoria (comportamiento de histéresis) pero de manera más general. Se trata de una aproximación del tipo Preisach. Esto es una novedad en el área de modelado compacto de la conmutación resistiva. Por otro lado, la actividad también se ha centrado en la fabricación de estructuras MIM de dimensiones pequeñas que muestren conmutación resistiva, con estructuras definidas como cruce de dos líneas de metal de dimensiones pequeñas (tipo crossbar). Las muestras se han fabricado en el Centro Nacional de Microelectrónica (ICMAB-CNM) bajo la supervisión de la Dra. Francesca Campabadal y de la Dra. Mireia González. Al presentarse esta tesis en formato de compendio de publicaciones, los resultados mostrados harán referencia a los artículos publicados elaborados como primer autor. Los temas a tratar en los distintos capítulos serán los siguientes:
• En el capítulo 1 se introduce la fenomenología asociada a la conmutación resistiva: tipos de conmutación (bipolar, unipolar, filamentaria, no filamentaria, de transiciones de estado suaves o abruptas, etc.), materiales usados, tecnología asociada (arrays, crossbar, etc.) y aplicaciones futuras.
• En el capítulo 2 se recopilan los tipos de modelos de conmutación resistiva. Se presenta el estado del arte en modelos de descripción memristiva previo a la presentación al modelo compacto desarrollado como parte de esta tesis.
• El capítulo 3 describe el modelo circuital utilizado para representar la conmutación resistiva desde sus inicios: el modelo del contacto puntual cuántico (QPC). También describe la evolución de la función sigmoide considerada, función esencial para la simulación de los estados de baja (HRS) y alta (LRS) conducción del ciclo de histéresis.
• Los modelos descritos en el capítulo 4 añaden a la capacidad de simular transiciones de estado completas del capítulo anterior, la posibilidad de simular también transiciones parciales.
• El capítulo 5 se centra en la fabricación de estructuras del tipo MIM llevada a cabo en el CNM-ICMAB, Barcelona. Se describe la estructura fabricada, se muestran los resultados de la caracterización eléctrica y se representan los datos experimentales utilizando alguno de los modelos reportados en los puntos anteriores.
Finalmente el capítulo 6 presenta las conclusiones obtenidas como consecuencia de las investigaciones desarrolladas a lo largo de la tesis.
