Caractérisation des ions d'oxygène dans les mémoires résistives soumises à polarisation électrique par techniques de TEM avancées - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Characterization of oxygen ions in biased resistive memory by advanced TEM

Caractérisation des ions d'oxygène dans les mémoires résistives soumises à polarisation électrique par techniques de TEM avancées

Résumé

As storage capacity requirements are ever greater, research on emerging memory device technologies and their development is booming. Among the emerging memory devices, this thesis is interested in resistive oxide-based random-access memories (OxRRAM). The movement of oxygen ions during the electrical switching of this type of memory is still very poorly understood and knowing it would help to improve and optimize these devices. An operando TEM analysis protocol has allowed the development of an experimental method dedicated to the characterization of variations in oxygen ions distributions during the electrical polarization of this kind of stack. The sample holders, on which the sample preparation used depends, as well as the artefacts to be taken into account during operando switching, have their own specificities. For this, three TEM sample holders dedicated to electrical polarizations in operando TEM were presented, that of NanoFactory, Hummingbird, and finally Protochips.An EELS hyperspectral image processing protocol based on the VCA algorithm has been developed and applied to two types of memory stacks. The first one is a reference memory stack based on SrTiO3 on which two studies have been made. A first study of this type of stacking was carried out on previously acquired data, the results of which have already been published with a stack based on crystalline SrTiO3. This first analysis confirmed the correct working of the hyperspectral image processing protocol. A second analysis was carried out on a memory stack based on polycrystalline SrTiO3, little known. The STEM-EELS operando analysis of this second sample was carried out through the use of the Protochips microarray associated with the data processing developed, allowing to learn more. This second analysis shows that the use of this data processing based on the VCA algorithm can provide additional information to conventional processing. The second type of stack studied is a La2NiO4-based memory device, designed for applications in the field of neuromorphic applications due to its volatile behavior. The characterization and data processing protocols developed during this thesis can thus serve as supports for the studies of other micrometric-sized memory devices.
Les besoins en capacité de stockage étant toujours plus important, les recherches sur les technologies émergentes de dispositifs mémoires et leur développement sont en plein essor. Parmi les mémoires émergentes, ces travaux de thèse s’intéressent aux mémoires à accès aléatoire résistives à base d’oxyde (OxRRAM). Le mouvement des ions d’oxygène pendant la commutation électrique de ce type de mémoire est encore très mal connu, et le connaître permettrait d’améliorer et d’optimiser ces dispositifs. Le MET, associé à la spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS), permet l’observation des variations de distributions d’ions d’oxygènes dans ce type d’empilement. Les derniers développements techniques permettent aussi une polarisation in situ. Les porte-objet, dont dépend la préparation d’échantillon utilisée, ainsi que les artefacts à prendre en compte au moment des commutations operando, présentent des spécificités qui leur sont propre. Dans cette thèse, trois porte-objet dédiés aux polarisations électriques en TEM ont été présentés, celui de NanoFactory, de Hummingbird, et enfin de Protochips. Ces deux premiers porte-objet sont à pointe, tant dis que le dernier est un porte-objet à puce.Un protocole traitement d’images hyperspectrales EELS basé sur l’algorithme de VCA a été développé et appliqué à deux types d’empilements mémoire. Le premier est un empilement mémoire de référence à base de SrTiO3 sur lequel deux études ont été faites. Une première étude de ce type d’empilement a été menée sur des données acquises précédemment et dont les résultats sont déjà publiés avec un empilement à base de SrTiO3 cristallin. Cette première analyse a permis de confirmer le bon fonctionnement du protocole de traitement d’images hyperspectrales. Une deuxième analyse a été faite sur un empilement mémoire à base de SrTiO3 polycristallin, peu connu. L’analyse en STEM-EELS operando de ce second échantillon s’est effectuée via l’utilisation du porte-objet à puce Protochips associé au traitement de données développé, permettant d’en apprendre davantage. Cette seconde analyse à montrer que l’utilisation de ce traitement de données basée sur l’algorithme de VCA peut donner des informations complémentaires au traitement conventionnel. Le second type d’empilement étudié est un dispositif mémoire à base de La2NiO4, conçu pour des applications dans le domaine des applications neuromorphique en raison de son comportement volatile. Les protocoles de caractérisation et de traitement de données développés au cours de cette thèse peuvent ainsi servir de supports aux études d’autres dispositifs mémoires de taille micrométrique.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03212556 , version 1 (29-04-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03212556 , version 1

Citer

Édouard Villepreux. Caractérisation des ions d'oxygène dans les mémoires résistives soumises à polarisation électrique par techniques de TEM avancées. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2020. Français. ⟨NNT : 2020GRALT073⟩. ⟨tel-03212556⟩
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