Couches minces de V2O3:Cr et réalisation de mémoires résistives de Mott

Mott resistive memories based on V2O3:Cr thin films

• Auteur / Autrice : Madec Querré
• Direction : Marie-Paule Besland, Maryline Guilloux-Viry, Étienne Janod
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, plasma et couches minces
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes) - Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Agnès Granier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Bouquet, Dirk Wouters
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dirk Wouters, Wilfrid Prellier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt par laser pulsé

Couches minces

Isolants Mott

Résumé

Le sesquioxyde de vanadium substitué au chrome (V1-xCrx)2O3 est un isolant de Mott à faible gap dans lequel l’application d’impulsions électriques induit une transition résistive isolant-métal de plusieurs ordres de grandeur. Observée initialement dans des monocristaux, cette transition non-volatile et réversible est liée à un phénomène d’avalanche électronique qui apparaît universellement dans tous les isolants de Mott. Ces transitions résistives ont un fort intérêt pour la réalisation d’un nouveau type de mémoires résistives non-volatiles ReRAMs, les mémoires de Mott. Cependant l’utilisation de ces matériaux en tant que mémoire nécessite une étape cruciale de mise en forme en couches minces. Nous avons réalisé des couches minces de (V1-xCrx)2O3, tout d’abord par ablation laser pulsé afin de valider sur couches minces la présence de la transition résistive observée dans les monocristaux. Ensuite, nous avons développé la technique de co-pulvérisation cathodique magnétron sous gaz réactif Ar/O2, qui nécessite une phase d’optimisation plus importante, mais qui a l’avantage d’être transférable vers l’industrie microélectronique. Par ces deux techniques, nous avons synthétisé des couches minces d’isolant de Mott (V1-xCrx)2O3 bien contrôlées en termes de pureté, de qualité cristalline, de taux de chrome et de stœchiométrie en oxygène et réalisé des micro-dispositifs mémoires résistives de Mott basés sur une architecture MIM symétrique TiN/(V1-xCrx)2O3/TiN. Les performances mémoires évaluées sur ces micro-dispositifs (amplitude, tension et durée d’impulsions, endurance, rétention. . . ) se comparent très favorablement à celles des autres types de mémoires non-volatiles émergentes

Vanadium sesquioxide substituted with chromium (V1-xCrx)2O3 is a narrow gap Mott insulator in which the application of electric pulses induces a resistive switching of several orders of magnitude related to an insulator to metal transition. Initially observed in single crystals, such reversible non-volatile transitions arise from an electronic avalanche breakdown phenomenon which is universal to all Mott insulators. This resistive switching is very interesting for applications in a new type of non-volatile resistive memory ReRAM, the Mott memory. However, using these materials for memory applications requires a critical step of thin films deposition. We synthesized (V1-xCrx)2O3 thin films, first by pulsed laser deposition in order to validate that the resistive switching initially observed in single crystals also appears in thin films. Then, we developed the reactive DC magnetron co-sputtering technique under Ar/O2, which requires a more important optimization process, while being easily transferable to microelectronic industry. By both techniques, we synthesized (V1-xCrx)2O3 Mott insulator thin films well controlled in terms of purity, crystallinity, chromium content and oxygen stoichiometry. We implemented then Mott memories micro devices based on a symmetrical TiN/(V1-xCrx)2O3 /TiN MIM architecture. The memory performances of such devices, namely amplitude, voltage and pulse duration, endurance, retention, appear as very promising compared to those of other emerging non-volatile memories