Novel materials for thin-film memory cells

Elektronik ürün sektöründeki gelişmeler düşük maliyetli, düşük güç tüketimli, yüksek hafıza kapasiteli aynı zamanda yüksek kaliteli bellek çiplerine olan ihtiyacın ve talebin artmasına neden olmuştur. Günümüz sabit bellek aygıtlarında bileşen yoğunluğu ve küçülen transistör ebatları nedeniyle bellek güvenilirliği ve dayanıklılığı konusunda sorunlar yaşamadan daha fazla boyut küçültmek, yeni malzemeler kullanmadan mümkün olmamaktadır. Bu nedenle, yeni materyaller ve özgün üretim teknikleri bulmak suretiyle tüketici ihtiyaç hızına yetişebilecek bellek aygıtları geliştirilmesi elektronik endüstrisi için zorunluluk haline gelmiştir. Bu tezin ilk bölümünde atomik katman biriktirme yöntemiyle kaplanan ZnO içine gömülü grafen nanoplaka yapısını yük tutucu katman olarak kullanan bir bellek aygıtını tanıttık. Öncelikle bellek aygıtının üretim sürecini anlatıp daha sonra aygıtın bellek karakteristiklerini inceledik. Bellek hücresi üzerinde gerçekleştirdiğimiz elektriksel analizler, üretilen belleğin düşük çalışma voltajlarında (6/-6V) yüksek bir eşik voltajı (Vth) kayması (4V), depolanan bilginin uzun süre muhafazası (> 10 yıl) ve başarılı dayanıklılık karekteristiklerine (> 10^4 yazma-silme) sahip olduğunu göstermiştir. Tezin ikinci bölümünde lazer ablasyon sentezi ile üretilmiş Indiyum-Nitrür nanoparçacıklarını yük tutucu katman olarak kullanan bir bellek aygıtını tanıttık. Öncelikli olarak indiyum-nitrür nanoparçacıkların sentezinden kısaca bahsettikten sonra bellek hücresinin üretim sürecinin detaylarını anlattık. Elektriksel özelliklerinin analizleri, üretilen bellek hücresinin grafen tabanlı belleğe benzer hafıza saklama süresi ve dayanıklılık özelliklerinin yanısıra düşük yazma voltajlarında (4V) kaydadeğer eşik voltajı (Vth) kaymasına (2V) sahip olduğunu göstermiştir. Üretilen aygıtın bellek karakteristikleri aynı zamanda teorik analizler ve hesaplamalarla da desteklenmiştir. Bu tezin son bölümünde atomik katman kaplama yöntemiyle tek seferde bütün kapı katmanının üretildiği bir bellek hücresini sunduk. Bütün katmanların tek seferde üretilmesi katmanlar arasında kirlenme riskini ve istenmeyen atomların karışma ihtimalini azaltır. Aynı zamanda farklı ekipman kullanımını ve üretim basamaklarını azaltması nedeniyle bu üretim tekniği daha düşük maliyetli üretim süreçlerine olanak sağlar. Bunlardan hareketle, bellek hücresinin üretim süreci ve aygıt yapısı anlatıldıktan sonra üretilen belleğin deneysel ve teorik karakteristik analizleri yapıldı. Yük tutucu katmanın ince-film ZnO olduğu bellek hücresinin hafıza özelliği savak akımı-kapı voltajı grafiğindeki 2.35V histerez ile doğrulanmıştır. Sonuç olarak ortaya çıkan belleğin hafıza özellikleri aynı zamanda TCAD simulasyon çalışması aracılığıyla karşılaştırılarak da benzer sonuçlar elde edilmiştir.