SiO2 rezisztív kapcsolók vezetési mechanizmusának vizsgálata zajjelenségeken keresztül Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Kísérleti szilárdtestfizika Tagozat.

SiO2 rezisztív kapcsolók vezetési mechanizmusának vizsgálata zajjelenségeken keresztül

Helyezés: 1

Hallgató: Balázs Péter
Szak: Fizika, Képzés típusa: msc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazetők: Balogh Zoltán - Tudományos munkatárs, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Kar ,
Dr. Halbritter András - tanszékvezető, egyetemi tanár, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Kar

Az elektronikai eszközök zajára, azaz az átlagtól való eltérésre, legtöbbször egy nemkívánatos jelenségként gondolunk, azonban a zajjelenségek behatóbb vizsgálata több szempontból is hasznos lehet. Az alkalmazások során általában csökkenteni szeretnénk egy eszköz zajszintjét, de ahhoz, hogy manipulálni tudjuk a zajt, előbb meg kell érteni a jelenségek forrását. Továbbá a technológiai motiváción túl egy rendszer zaja eszközként is használható a mikroszkopikus szinten lejátszódó vezetési folyamatok megértésére, így az eszköz belső működéséről is értékes információkat szerezhetünk a zajjelenségek vizsgálatával [1-3].
Az ún. rezisztív kapcsoló memóriák olyan rendszerek, melyekben egy alacsony ellenállású (bekapcsolt) és magas ellenállású (kikapcsolt) állapot között feszültségvezérelt kapcsolás hozható létre, az adott ellenállás-állapotok pedig azok megváltoztatása nélkül kiolvashatók alacsony feszültséggel. Az ilyen rendszerekből akár újfajta memóriachipeket és processzorokat valósíthatunk meg, de alkalmazhatók olyan hardveres neurális hálózatok készítésére is, melyekben a szinapszisokat rezisztív kapcsoló memóriákkal valósítjuk meg.
Egy ilyen rezisztív kapcsoló memóriaelem a grafén-SiO₂-grafén rendszer is, mely több ezerszer reprodukálható és nagy (10³-10⁴) OFF/ON ellenállásaránnyal rendelkező kapcsolást mutat. A BME Fizika Tanszék Atomi és molekuláris elektronika laboratóriumában már korábban is foglalkoztak a SiO₂ rezisztív kapcsolók vizsgálatával [4], ebbe a munkába kapcsolódtam be. A munkám során a grafén-SiO₂-grafén rendszer bekapcsolt és kikapcsolt állapotainak alacsony frekvenciás zajjelenségeit vizsgálom a lineáris és a nemlineáris tartományban. A zajkarakterisztikák ellenállás- és feszültségfüggésének részletes viszgálatával a nanoméretű kapcsolási tartomány vezetési mechanizmusának és zajforrásainak megértéséhez járulok hozzá, illetve azt a kérdést vizsgálom, hogy a zajszint változása előre jelezheti-e a rezisztív kapcsolást.

[1] R Landauer, Condensed-matter physics: The noise is the signal, Nature 392, 658–659 (1998)
[2] A Baladin, Low-frequency 1/f noise in graphene devices, Nature Nanotechnology 8, 549–555 (2013)
[3] B Sánta et al., Universal 1/f type current noise of Ag filaments in redox-based memristive nanojunctions, Nanoscale 11, 4719-4725 (2019)
[4] L Pósa et al., Multiple Physical Time Scales and Dead Time Rule in Few-Nanometers Sized Graphene–SiOx-Graphene Memristors, Nano Letters 17:(11) 6783-6789 (2017)