Name: in situ transmission electron microscopy with biasing and fabrication of asymmetric crossbars based on mixed-phased a-vox
Uploaded: 2020-05-13T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx at JoVE.com

Эта работа была выполнена частично в Научно-исследовательском центре Micro Nano в Университете RMIT в викторианском узел Австралийского национального фонда изготовления (ANFF). Авторы признают возможности и научно-техническую помощь, оказанную Микроскопией Университета RMIT, Microanalysis Facility, связанной лабораторией микроскопии Австралии. Признана стипендиальная поддержка австралийской аспирантской премии (APA)/Программы обучения исследований (RTP) австралийского правительства. Мы благодарим профессора Мадху Бхаскарана, доцента Сумита Валиа, д-ра Мэтью Филда и г-на Брентона Кука за их руководство и полезные дискуссии.

1. Процесс изготовления и электрическая характеристика
<ol><li>Используйте стандартную фотолитографиюразворота изображения 9 для узора нижнего электрода (СЛОЙ 1) с фоторезистервом устройств с использованием следующих параметров:<ol>
<li>Спиновое пальто фоторезист при 3000 об/ми?...

<ol>
	<li>Kozma, R., Pino, R. E., Pazienza, G. E., Kozma, R., Pino, R. E., Pazienza, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Advances in Neuromorphic Memristor Science and Applications. , 9-14 (2012).</li><li>Pan, F., Gao, S., Chen, C., Song, C., Zeng, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+resistive+random+access+memories:+Materials,+switching+mechanisms,+and+performance.">Recent progress in resistive random access memories: Materials, switching mechanisms, and performance.</a> Materials Science and Engineering: R: Reports. 83, 1-59 (2014).</li><li>Zhou, Y., Ramanathan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mott+Memory+and+Neuromorphic+Devices.">Mott Memory and Neuromorphic Devices.</a> Proceedings of the IEEE. 103 (8), 1289-1310 (2015).</li><li>Nirantar, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Nanostructural+Analysis+of+Volatile+Threshold+Switching+and+Non-Volatile+Bipolar+Resistive+Switching+in+Mixed-Phased+a-VOx+Asymmetric+Crossbars.">In Situ Nanostructural Analysis of Volatile Threshold Switching and Non-Volatile Bipolar Resistive Switching in Mixed-Phased a-VOx Asymmetric Crossbars.</a> Advanced Electronic Materials. 5 (12), 1900605 (2019).</li><li>Rupp, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+threshold+and+bipolar+resistive+switching+mechanisms+in+reactively+sputtered+amorphous+undoped+and+Cr-doped+vanadium+oxide+thin+films.">Different threshold and bipolar resistive switching mechanisms in reactively sputtered amorphous undoped and Cr-doped vanadium oxide thin films.</a> Journal of Applied Physics. 123 (4), 044502 (2018).</li><li>Ahmed, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inducing+tunable+switching+behavior+in+a+single+memristor.">Inducing tunable switching behavior in a single memristor.</a> Applied Materials Today. 11, 280-290 (2018).</li><li>Nili, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+Resistive+Switching+in+Amorphous+Perovskite+Oxide+(a-SrTiO3)+Memristors.">Nanoscale Resistive Switching in Amorphous Perovskite Oxide (a-SrTiO3) Memristors.</a> Advanced Functional Materials. 24 (43), 6741-6750 (2014).</li><li>Ahmed, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+amorphous+strontium+titanate+resistive+memories+with+transient+photo-response.">Transparent amorphous strontium titanate resistive memories with transient photo-response.</a> Nanoscale. 9 (38), 14690-14702 (2017).</li><li>Reuhman-Huisken, M. E., Vollenbroek, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optimized+image+reversal+process+for+half-micron+lithography.">An optimized image reversal process for half-micron lithography.</a> Microelectronic Engineering. 11 (1), 575-580 (1990).</li><li>Taha, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insulator-metal+transition+in+substrate-independent+VO2+thin+film+for+phase-change+devices.">Insulator-metal transition in substrate-independent VO2 thin film for phase-change devices.</a> Scientific Reports. 7 (1), 17899 (2017).</li><li>Booth, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlating+the+Energetics+and+Atomic+Motions+of+the+Metal-Insulator+Transition+of+M1+Vanadium+Dioxide.">Correlating the Energetics and Atomic Motions of the Metal-Insulator Transition of M1 Vanadium Dioxide.</a> Scientific Reports. 6, 26391 (2016).</li><li>Lee, S., Ivanov, I. N., Keum, J. K., Lee, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+stabilization+and+phase+instability+of+VO2+polymorphs.">Epitaxial stabilization and phase instability of VO2 polymorphs.</a> Scientific Reports. 6, 19621 (2016).</li></ol>

В настоящем документе объясняется протокол для смещения на месте с передачей электронной микроскопии, включая процесс изготовления устройства, gridbar проектирования для смещения чип монтажа, lamella подготовки и монтажа на смещения чип, и TEM с на месте смещения.
Объясняется м?...

Воспоминания о оксиде изменения сопротивления все чаще используются в качестве строительного блока для новых архитектур памяти и логики из-за их совместимой скорости переключения, меньшей структуры клеток и способности быть спроектированными в трехмерных (3D) массивахперекладины высокой емкости 1. На сегодняшний день, несколько типов переключения были зарегистрированы для резисторных устройств переключения2,3. Общие переключения поведения для оксидов металла являются однополярные, биполярные, дополнительные резистивные переключения, и летучих порогового переключения. Добавление к сложности, одна ячейка, как сообщается, показывают многофункциональные резистивные переключенияпроизводительности, а также 4,5,6.
Эта изменчивость означает, что наноструктурные исследования необходимы для понимания истоков различных поведений памяти и соответствующих механизмов переключения для разработки четко определенного зависимого от состояния переключения для практической полезности. Обычно сообщалось методы для понимания механизмов переключения глубины профилирования с рентгеновской фотоэлектронные спектроскопии (XPS) 7,8,наномасштабныевторичной иольной массы спектроскопии (нано-SIMS)6, неразрушающая светообразующая спектроскопия (PL)8, электрическая характеристика разного размера и толщины функционального оксида устройств, наноиндентация7, электронная микроскопия передачи (TEM), энергодисперсивная рентгеновская спектроскопия (EDX) и спектроскопия потери энергии электрона (EELS) на поперечной ламелле в камереTEM 6,8. Все вышеперечисленные методы дают удовлетворительную информацию о механизмах переключения. Тем не менее, в большинстве методов, более чем один образец требуется для анализа, в том числе нетронутой, электроформированных, набор, и сбросить устройства, чтобы понять полное поведение переключения. Это увеличивает экспериментальную сложность и относя много времени. Кроме того, уровень отказов высок, потому что найти субнаномасштабную нить в устройстве размером несколько микрон сложно. Поэтому эксперименты на месте имеют важное значение в наноструктурных характеристиках для понимания механизмов работы, поскольку они предоставляют доказательства в экспериментах в режиме реального времени.
Представлен протокол для проведения in situ TEM с электрическим уклоном для металлоизоляторно-металлических (MIM) стеков асимметричных резистивных коммутируемых кросс-точечных устройств. Основная цель этого протокола заключается в предоставлении подробной методологии подготовки ламеллы с использованием фокуса ионный луч (FIB) и на месте экспериментальной установки для TEM и электрических предубеждений. Процесс объясняется с помощью репрезентативного исследования асимметричных кросс-точечных устройств на основе смешанного аморфного оксида ванадия(a-VOx)4. Также представлен процесс изготовления кросс-точечных устройств, включающих -VOx, которые могут быть легко масштабированы до перекладины, используя стандартные процессы микро-нано изготовления. Этот процесс изготовления имеет важное значение, поскольку он включает в себя в перекладинах -VOx, который растворяется в воде.
Преимущество этого протокола заключается в том, что только с одной ламеллой, наноструктурные изменения могут наблюдаться в TEM, в отличие от других методов, где требуется как минимум три устройства или lamellae. Это значительно упрощает процесс и сокращает время, затраты и усилия, обеспечивая при этом надежные визуальные доказательства наноструктурных изменений в операциях в режиме реального времени. Кроме того, он разработан со стандартными процессами микро-нано изготовления, методы микроскопии, и инструменты в инновационных способов установить свою новизну и устранения пробелов в исследованиях.
В репрезентативном исследовании, описанном здесьдля кросс-точечных устройств на основе -VOx,протокол in situ TEM помогает понять механизм переключения за аполярным и летучим пороговымпереключением 4. Процесс и методология, разработанные для наблюдения за наноструктурными изменениями в-VOx во время смещения на месте, могут быть легко распространены на температуру на месте, а также на температуру места и смещения одновременно, просто заменив крепления чипа ламеллы, и на любой другой материал, включая два или более слоев функционального материала в металлоизоляторно-металлической зажатой структуре. Это помогает выявить основной механизм работы и объяснить электрические или тепловые характеристики.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:932px;" width="931">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:265px;">Resist processing system</td>
			<td style="width:173px;">EV group</td>
			<td style="width:195px;">EVG 101</td>
			<td style="width:299px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetone</td>
			<td style="width:173px;">Chem-Supply</td>
			<td style="width:195px;">AA008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Biasing Chip - E-chip</td>
			<td style="width:173px;">Protochips</td>
			<td>E-FEF01-A4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Developer</td>
			<td style="width:173px;">MMRC</td>
			<td style="width:195px;">AZ 400K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Electron beam evaporator - PVD 75</td>
			<td style="width:173px;">Kurt J Leskar</td>
			<td style="width:195px;">PRO Line - eKLipse</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Focused Ion beam system</td>
			<td style="width:173px;">Thermo Fisher - FEI</td>
			<td style="width:195px;">Scios DualBeamTM system</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:265px;">Hot plates</td>
			<td style="width:173px;">Brewer Science Inc.</td>
			<td style="width:195px;">1300X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Magnetron Sputterer</td>
			<td style="width:173px;">Kurt J Leskar</td>
			<td style="width:195px;">PRO Line</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Mask aligner</td>
			<td style="width:173px;">Karl Suss</td>
			<td style="width:195px;">MA6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Maskless Aligner</td>
			<td style="width:173px;">Heildberg instruments</td>
			<td style="width:195px;">MLA150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;">Methanol</td>
			<td style="width:173px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:195px;">M/4056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phototresist</td>
			<td style="width:173px;">MMRC</td>
			<td style="width:195px;">AZ 5412E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:265px;">Pt source for e-beam evaporator</td>
			<td style="width:173px;">Unicore</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">The Fusion E-chip holder</td>
			<td style="width:173px;">Protochips</td>
			<td style="width:195px;">Fusion 350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:265px;">Ti source for e-beam evaporator</td>
			<td style="width:173px;">Unicore</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Transmission Electron Microscope</td>
			<td style="width:173px;">JEOL</td>
			<td style="width:195px;">JEM 2100F</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ transmission electron microscopy with biasing and fabrication of asymmetric crossbars based on mixed-phased a-vox

Архитектура резистивного переключения перекладины очень желанная в области цифровых воспоминаний из-за низкой стоимости и преимуществ высокой плотности. Различные материалы показывают изменчивость резистивных свойств переключения из-за внутренней природы используемого материала, что приводит к расхождениям в полевых условиях из-за основных механизмов работы. Это подчеркивает необходимость надежной техники для понимания механизмов с использованием наноструктурных наблюдений. Этот протокол объясняет детальный процесс и методологию наноструктурного анализа in situ в результате электрического смещения с использованием электронной микроскопии передачи (TEM). Он обеспечивает визуальное и надежное доказательство основных наноструктурных изменений в операциях памяти в режиме реального времени. Включена также методология изготовления и электрические характеристики асимметричных конструкций перекладины, включающие аморфный оксид ванадия. Протокол, разъясняться здесь для пленок оксида ванадия, может быть легко распространен на любые другие материалы в зажатой металлоконструкциях. Сопротивление переключения перекладины, по прогнозам, служить программируемой логики и нейроморфных схем для устройств памяти следующего поколения, учитывая понимание механизмов работы. Этот протокол показывает механизм переключения надежным, своевременным и экономически эффективным способом в любом типе резистивных коммутируемых материалов, и тем самым предсказывает применимость устройства.

Результаты, достигнутые с помощью этого протокола для кросс-точечныхустройств a-VOx, объясняются на рисунке 8. На рисунке 8A показан микрограф TEM нетронутой ламеллы. Здесь дифракционные узоры (вставка) указывают на аморфную природу оксидной ?...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx at JoVE.com

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Здесь представлен протокол для анализа наноструктурных изменений во время смещения на месте с помощью электронной микроскопии передачи (TEM) для уложенной металлоизоляторно-металлической структуры. Он имеет значительные приложения в резистивных переключения перекладины для следующего поколения программируемых логических схем и нейромимикакинг оборудования, чтобы выявить их основные механизмы работы и практической применимости.

В Situ передачи электронной микроскопии с смещения и изготовление асимметричных перекладин на основе смешанных фаз -VOх

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different ...

Research

JoVE Journal

Engineering

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

Выявление динамических процессов в жидкостях материалов с использованием жидкого сотовых просвечивающей электронной микроскопии

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

В Ситу Время-зависимой пробой диэлектрика в просвечивающий электронный микроскоп: возможность понять механизм Отказ в микроэлектронных устройств

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Печать Изготовление Bulk гетероперехода солнечных элементов и<em&gt; В Ситу</em&gt; Морфология характеристика

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Изучение динамических процессов наноразмерных объектов в жидкости с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

A Method for Obtaining Serial Ultrathin Sections of Microorganisms in Transmission Electron Microscopy

Метод для получения последовательного ультратонких разделы микроорганизмов в просвечивающей электронной микроскопии

Observing cells and cell components in three dimensions at high magnification in transmission electron microscopy requires preparing serial ultrathin ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Целенаправленные Ион луч изготовление Nanobatteries ЛИПОН основе твердотельных литий ионный на месте тестирования

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Изготовление гибких сенсора, основанные на боковой NIPIN фототранзисторы

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Методы Ex Situ и In Situ исследования структурных преобразований: В случае кристаллизации металлических стекол

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Изготовление магнитных наноструктур на мембраны нитрида кремния магнитный вихревой исследований с использованием методов передачи микроскопии

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Однозначных нанометр электронно лучевая литография с исправления аберраций сканирования просвечивающий электронный микроскоп

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...