Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Ru and RuO2 as bottom electrodes for HZO based FTJ’s

Gränsmark, Emil LU (2023) EITM01 20231
Department of Electrical and Information Technology
Popular Abstract (Swedish)
Vår hjärna löser beräkningar som tar oss genom livet otroligt energieffektivt; den kör hela dagen
runt på ungefär 12 watt. Jämför man med en vanlig dator som kräver ungefär 175 watt så är det
inte ens nära[2].
Att uppnå hjärnans energieffektivitet är ett ambitiöst mål för dagens elektronik. Tricket ligger
i att efterlikna hjärnans struktur och uppbyggnad med elektroniken. Detta forskningsområde
kallas neuromorphic electronics, och är ett hett område just nu.
Hjärnan är ett flexibelt organ, med möjligheter att anpassa sig till nya situationer. Synapserna,
som binder ihop alla hjärnans neuron till ett stort nätverk, är nyckelen till detta. De kan, beroende
på storleken och frekvensen av signaler de tar emot, skapa svagare eller... (More)
Vår hjärna löser beräkningar som tar oss genom livet otroligt energieffektivt; den kör hela dagen
runt på ungefär 12 watt. Jämför man med en vanlig dator som kräver ungefär 175 watt så är det
inte ens nära[2].
Att uppnå hjärnans energieffektivitet är ett ambitiöst mål för dagens elektronik. Tricket ligger
i att efterlikna hjärnans struktur och uppbyggnad med elektroniken. Detta forskningsområde
kallas neuromorphic electronics, och är ett hett område just nu.
Hjärnan är ett flexibelt organ, med möjligheter att anpassa sig till nya situationer. Synapserna,
som binder ihop alla hjärnans neuron till ett stort nätverk, är nyckelen till detta. De kan, beroende
på storleken och frekvensen av signaler de tar emot, skapa svagare eller starkare förbindelser mel-
lan neuronen. Att bygga något som följer samma princip hade varit ett stort steg i att konstruera
en artificiell hjärna.
En komponent som visat potential till att lösa denna uppgift är en FTJ; en Ferroelectric Tunnel
Junction. Det är ett relativt simpelt koncept som efterliknar en smörgås, man har ett tunt lager
ferroelektriskt material(pålägget) mellan två elektroder(brödet). Målet är att kunna styra hur
många elektroner som kan tunnla igenom lagret och bidra till strömmen som går igenom FTJ’n,
och detta kan göras tack vare det ferroelektriska materialet. Ett ferroelektriskt material kan
ändra sin polarisation under ett elektriskt fält, och behåller en del av polarisationen när fältet
slås av. Detta är en värdefull egenskap. Polarisationen i den tunna filmen kommer då ses som
ytladdningar som måste kompenseras av laddningar i elektroderna. Har man en asymmetri mel-
lan elektroderna (olika laddningsbärardensitet eller arbetsfunktion) så kommer ytladdningarna
kompenseras olika. Då skapas två olika barriärer för elektronerna att tunnla igenom beroende
på vilket håll polarisationen pekar åt. Den ena barriären är hög, den andra är låg.
Men det behöver inte nödvändigtvist vara så binärt, utan man kan ha en stor mängd olika bar-
riärshöjder beroende på styrkan och frekvensen av det elektriska fältet man lägger på. Det är
denna egenskap som tillåter FTJ’n att bete sig som en synaps i din hjärna.
Svårigheter med att konstruera FTJ’er idag är att de ferroelektriska lagren har låg polarisation
vid tunna lager, och att de har låg uthållighet och lätt går sönder efter att ha cyklats mycket.
Materialet hafnium-zirkonum-oxid (HZO) visar mest potential just nu, men har låg uthållighet
på grund av defekter. En nytt material som föreslagits som elektrod i en HZO-baserad FTJ är
rutenium (Ru) och ruteniumoxid (RuO2).Dessa material kan i teorin motverka dessa defekter
och förbättra uthålligheten, vilket hade tillåtit HZO-baserade FTJ’er att komma ett steg närmre
en spännande framtid.
2 (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Gränsmark, Emil LU
supervisor
organization
course
EITM01 20231
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
report number
LU/LTH-EIT 2023-942
language
English
id
9134879
date added to LUP
2023-08-24 11:33:02
date last changed
2023-08-24 11:33:02
@misc{9134879,
  author       = {{Gränsmark, Emil}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Ru and RuO2 as bottom electrodes for HZO based FTJ’s}},
  year         = {{2023}},
}