Electrical properties of resistive switches based on Ba1–xSrxTiO3 thin films prepared by RF co–sputtering
A. Márquez–Herreraa,b, E. Hernández–Rodríguezª, M.P. Cruzc, 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 Ba1–xSrxTiO3(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 Ba1–xSrxTiO3 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 Ba1–xSrxTiO3 thin films was varied through the rf power applied to the targets. The constructed MIM heterostructures were Al/Ba1–xSrxTiO3/nichrome. The I–V measurements of the heterostructures showed that their hysteretic characteristics change depending on the Ba/Sr ratio of the Ba1–xSrxTiO3 thin films; the Ba/Sr ratio was determined by employing the energy dispersive spectroscopy; SEM micrographs showed that Ba1–xSrxTiO3 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 Ba1–xSrxTiO3 (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 Ba1–xSrxTiO3 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/Ba1–xSrxTiO3/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 Ba1–xSrxTiO3; 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.
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