Investigación

 

Electrical properties of resistive switches based on Ba_1–xSr_xTiO3 thin films prepared by RF co–sputtering

 

A. Márquez–Herrera^a,b, E. Hernández–Rodríguezª, M.P. Cruz^c, O. Calzadilla–Amaya,^d M. Meléndez–Lira,^e J. Guillén–Rodríguez,^b and M. Zapata–Torresª

 

ª Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Legaria IPN, Calzada Legaria 694, Col. Irrigación, México D.F., 11500 México, e–mail: amarquez@ipn.mx.

^b Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Tampico, Puerto Industrial, Altamira, Tamaulipas, 89600, México.

^c Universidad Nacional Autónoma de México, Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Km. 107 Carretera Tijuana–Ensenada, 22860, Ensenada, B.C. México.

^d Facultad de Física–IMRE, Universidad de la Habana, Cuba.

^e Departamento de Física, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Apartado Postal 14–740, México D.F., 07000 México.

 

Recibido el 26 de mayo de 2010
Aceptado el 18 de agosto de 2010

 

Abstract

In this work, we propose the use of Ba_1–xSr_xTiO₃(0 ≤ x ≤ 1) thin films for the construction of MIM (metal–insulator–metal) heterostructures; and their great potential for the development of non–volatile resistance memories (ReRAM) is shown. The deposition of Ba_1–xSr_xTiO₃ thin films was done by the rf co–sputtering technique using two magnetron sputtering cathodes with BaTiO₃ and SrTiO₃ targets. The chemical composition (x parameter) in the deposited Ba_1–xSr_xTiO₃ thin films was varied through the rf power applied to the targets. The constructed MIM heterostructures were Al/Ba_1–xSr_xTiO₃/nichrome. The I–V measurements of the heterostructures showed that their hysteretic characteristics change depending on the Ba/Sr ratio of the Ba_1–xSr_xTiO₃ thin films; the Ba/Sr ratio was determined by employing the energy dispersive spectroscopy; SEM micrographs showed that Ba_1–xSr_xTiO₃ thin films were uniform without cracks or pinholes. Additionally, the analysis of the x–ray diffraction results indicated the substitutional incorporation of Sr into the BaTiO₃ lattice and the obtainment of crystalline films for the entire range of the x values.

Keywords: Barium strontium titanate; thin films; non–volatile memories; ReRAM cells.

 

Resumen

En este trabajo, se propone el uso de películas delgadas de Ba_1–xSr_xTiO₃ (0 < x < 1) para la construcción de heteroestructuras metal–aislante–metal (MIM por sus siglas en inglés) y se muestra el gran potencial que poseen para el desarrollo de memorias no volátiles resistivas (ReRAM). El depósito de las películas de Ba_1–xSr_xTiO₃ se hizo mediante de la técnica de rf–sputtering usando dos cañones tipo magnetrón con blancos de BaTiO₃ y SrTiO₃, respectivamente. La composición química de las películas (parámetro x) fue variado a través de la potencia aplicada a cada uno de los blancos. Las heteroestructuras depositadas fueron Al/Ba_1–xSr_xTiO₃/nicromel. Las pruebas I–V de las heteroestructuras mostraron que es posible cambiar su comportamiento eléctrico mediante la variación de la proporción Ba/Sr presente la película de Ba_1–xSr_xTiO₃; la proporción Ba/Sr fue determinada por espectroscopia de energía dispersada. Las micrografías obtenidas mediante un microscopio electrónico de barrido mostraron que las películas son uniformes y no presentan fracturas ni huecos. Por otra parte, la caracterización de las películas por difracción de rayos x mostró la incorporación sustitucional del Sr en la red del BaTiO₃ y la obtención de películas cristalinas para todo el intervalo de valores de x.

Descriptores: Titanato de bario y estroncio; películas delgadas; memorias no volátiles; memorias ReRAM.

 

PACS: 68.55.–a; 72.80.–r

 

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Acknowledgements

This work was partially supported by grants of SIP–IPN (No. 20100117) and SEP–CONACYT. Thanks are due to E. Aparicio, P. Casillas and I. Gradilla for their technical help.

 

References

1. A. Zapata–Navarro, A. Márquez–Herrera, M.P. Cruz–Jáuregui and M.L. Calzada, Phys. Stat. Sol. 2 (2005) 3673.         [ Links ]

2. G.A. Hirata, L.L. Lopez, and J. M. Siqueiros, Sup. y Vac. 9 (1999) 147.         [ Links ]

3. L. Shi–jian, X. Chong–Yang, Z. Xiang–Bin, S. Ji–Qun, and Z. Bo–Fang, Phys. Stat. Sol. 194 (2002) 64.         [ Links ]

4. V. Ruckenbauer et al., Appl. Phys. A 78 (2004) 1049.         [ Links ]

5. S.W. Kirchoefer etal.,Micr. Opt. Tech. Lett. 18 (1998) 169.         [ Links ]

6. V.N. Keis, A.B. Kozyrev, M.L. Khazov, J. Sok, and J.S. Lee, Elect. Lett. 11 (1998) 3.         [ Links ]

7. J.G. Cheng, J. Tang, J.H. Chu, and A.J. Zhang, Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 1035.         [ Links ]

8. S.U. Adikary and H.L.W. Chan, Thin Solid Films 424 (2003) 70.         [ Links ]

9. C.B. Lee et al., Appl. Phys. Lett. 93 (2008) 042115.         [ Links ]

10. A. Márquez–Herrera, E. Hernandez–Rodríguez, M.P. Cruz–Jáuregui, M. Zapata–Torres and A. Zapara–Navarro, Rev. Mex. Fis. 56 (2010) 85.         [ Links ]

11. T. Ishijima, K. Goto, N. Ohshima, K. Kinoshita, and H. Toyoda, Jpn. J. Appl. Phys. 48 (2009) 116004.         [ Links ]

12. K. Tominaga, T. Kikuma, K. Kusaka, and T. Hanabusa, Vacuum 66 (2002) 279.         [ Links ]

13. T.A. Jennings and W. McNeill, Appl. Phys. Lett. 12 (1968) 25.         [ Links ]

14. A. Márquez–Herrera, A. Zapata–Navarro and Ma. De La Paz Cruz–Jauregui, J. Of Mat. Sci. (2005) 1.         [ Links ]

15. E. Hernández–Rodríguez, A. Márquez–Herrera, M. Melendez–Lira, and M. Zapata–Torres, Mat. Sci. Eng. B (2010) doi:10.1016/j.mseb.2010.05.017.         [ Links ]

16. Moo–Chin Wanga, Fu–Yuan Hsiao, Chi–Shiung Hsi, and Nan–Chung Wu, Journal of Crystal Growth 246 (2002) 78.         [ Links ]

17. Y. Xu, "Ferroelectric Materials and their applications'". North Holland. Elsevier Science Publishers (B.V. New York.1991).         [ Links ]

18. R.S. Liu et al., Materials Letters 37 (1998) 285.         [ Links ]

19. R. Varatharajan etal., Crystal Enginnereing 3 (2000) 195.         [ Links ]

20. J. Joseph, T.M. Vimala, J. Raju, and V.R.K. Murthy, Journal of Physics D: Applied Physics 32 (1999) 1049.         [ Links ]

21. X. Cao, X. Li, W. Yu, X. Liu, and X. He, Mat. Sci. Eng. B 157 (2009) 36.         [ Links ]