Élaboration de couches minces de GaV4S8 par pulvérisation magnétron : du matériau au premier dispositif pour mémoire à transition résistive (RRAM)

Elaboration of GaV4S8 thin layers by magnetron sputtering : from the material to the first device for resistive transition memory (RRAM)

• Auteur / Autrice : Émeline Souchier
• Direction : Marie-Paule Besland, Étienne Janod, Laurent Cario, Benoît Corraze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, plasma et couches minces
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ordinateurs -- Mémoires à accès sélectif

Magnétrons

Isolants Mott

Thèses et écrits académiques

Couches minces

Résumé

Les composés de la famille des spinelles lacunaires AM4X8 (A = Ga, Ge ; M = V, Ta, Nb ; X = S, Se) sont des isolants de Mott à faible gap dans lesquels l'application de pulses électriques induit une chute de résistance électrique. Cette "transition résistive" non-volatile et réversible, observée sur mono-cristaux, est potentiellement intéressante dans des applications de type mémoire RRAM. Pour cela, un des principaux challenges consiste à obtenir ces matériaux chalcogénures sous forme de couches minces. Dans ce travail, nous avons synthétisé, par pulvérisation RF magnétron et pour la première fois, des couches minces du composé GaV4S8. Cette technique, compatible avec les étapes technologiques de la microélectronique, a nécessité la réalisation de cibles de pulvérisation de compacité supérieure à 90%. L'étude paramétrique des conditions de dépôt et de recuit a permis d'obtenir des couches minces cristallines et stoechiométriques ayant des propriétés électroniques identiques à celles du matériau massif. À température ambiante, les couches minces présentent les propriétés de transition résistive et de cyclage induits par pulses électriques. L'étude de la transition résistive révèle l'existence d'un champ électrique seuil, ce qui suggère que celle-ci est liée à un effet de champ électrique. L'ensemble des études réalisées indique d'une part que le mécanisme de la transition résistive diffère de ceux répertoriés jusqu'ici dans la littérature et d'autre part que les principales caractéristiques du cyclage (amplitude, temps, tension de commutation) se comparent très favorablement à celles des autres types de mémoires non-volatiles émergentes

The compounds of the lacunar spinel family AM4X8 (A = Ga, Ge ; M = V, Ta, Nb ; X = S, Se) are small gap Mott insulators which undergo a resistive switching under electric pulses. This non-volatile and reversible switching, discovered on single crystals, has potential applications in the field of RRAM non-volatile memories. To unlock this potential, a major challenge, the deposition of these chalcogenide materials in thin layers, remains. In this work, GaV4S8 thin layers were synthesized for the first time, using RF magnetron sputtering. This technique is compatible with the current technological fabrication steps used in microelectronics. We first prepared sputtering targets with a compacity higher than 90%. Through a thorough parametric study of the deposition and annealing conditions, crystallized and stoichiometric thin layers have been obtained with electronic properties identical to the bulk material. At room temperature, the thin layers exhibit both the resistive switching and cycling property induced by electric pulses. The study on the resistive switching reveals the existence of a threshold electric field, which suggests that it is related to an electric field effect. Our entire study demonstrates, on the one hand, that the mechanism behind the resistive switching differs from those identified in other systems reported so far and, on the other hand, that the cycling characteristics (amplitude, switching time and voltage) of GaV4S8 are competitive with respect to those encountered in other kind of emerging non-volatile memories