Preparación y evaluación de nanoestructuras de TiO2 para aplicaciones tecnológicas en Memorias No Volátiles (NVM)

Abstract

En el presente trabajo se depositaron películas delgadas de TiO2 y TiO2:Co por el método de “DC Magnetron Sputtering” usando como sustratos láminas de Ti, ITO/Vidrio e ITO/PET. Dentro de los parámetros de síntesis, se variaron la temperatura usada en el depósito junto con la temperatura de recocido posterior al proceso de fabricación. Se realizó la caracterización estructural por medio de difracción de rayos X (XRD, por sus siglas en inglés) y morfológica mediante microscopia electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés), para determinar el efecto asociado a los parámetros de síntesis (temperatura y tipo de sustrato). A partir de la caracterización estructural fue posible identificar las fases anatasa y rutilo para los depósitos de TiO2. Por otra parte, los depósitos de TiO2:Co en los diferentes sustratos presentaron una contribución mayoritariamente amorfa. Respecto a la caracterización morfológica se encontró que la mayor variación en la superficie se debió al sustrato sobre al cual se hizo el depósito. De igual manera, a través de micrografías de SEM y medidas EDX (Dispersión de Energía de Rayos-X) fue posible determinar el espesor de los diferentes depósitos y la composición local de las muestras, respectivamente. Además, se realizó la caracterización óptica para determinar el “gap” óptico del material, encontrando valores variando entre 2,8 y 3,8 eV característicos a los reportados para las fases de anatasa y rutilo del TiO2. Por último, las muestras se caracterizaron eléctricamente por medio de barridos de voltaje polarizado para determinar el comportamiento de conmutación resistiva y la resistencia al desgaste tras ciclos de programación; los resultados obtenidos fueron favorables y coherentes con lo reportado para aplicaciones en dispositivos RRAM (Resistive Random Access Memory).

Abstract: In the present work, thin films of TiO2 and TiO2: Co were deposited by the method of "DC Magnetron Sputtering" using Ti, ITO / Glass and ITO / PET sheets as substrates. Within the synthesis parameters, the temperature used in the tank is varied together with the annealing temperature after the manufacturing process. Structural characterization was performed by X-ray diffraction (XRD) and morphological by scanning electron microscopy (SEM), to determine the effect associated with synthesis parameters (temperature and type of substrate). From the structural characterization it was possible to identify the anatase and rutile phases for TiO2 deposits. On the other hand, TiO2:Co deposits in the different substrates included a mostly amorphous contribution. Regarding morphological characterization, it was found that the greatest variation in the surface was due to the substrate on which the deposit was made. Similarly, through SEM micrographs and EDX measurements (X-ray Energy Scattering) it was possible to determine the thickness of the different deposits and the local composition of the samples, respectively. In addition, the optical characterization was performed to determine the optical "gap" of the material, with variable values between 2.8 and 3.8 eV characteristic of the reports for the anatase and rutile phases of TiO2. Finally, the samples are electrically characterized by polarized voltage scans to determine the resistive switching behavior and wear resistance after programming cycles; the results were favorable and consistent with what was reported for applications in RRAM devices (resistive random access memory).