Metal-yalıtkan-metal yapısındaki metal oksit tabanlı memristif yapıların direnç -anahtarlama özelliklerinin aydınlatılması

Abstract

Bu tez çalışmasında iki metal elektrot arasında tek ve iki metal oksit katmanın olduğu, ince film yığın yapıdan oluşan tek hücreli memristör cihazların üretimi gerçekleştirilerek direnç-anahtarlama davranışları ayrıntılı bir şekilde incelendi. PLD (Pulsed Laser Deposition) ve Magnetron Sputter ince film üretim tekniği kullanılarak, önce farklı kalınlıktaki VOx metal oksit katmanlardan meydana gelen tek oksit katmanlı memristör cihazlar üretildi ve oksit katmanın kalınlığının fonksiyonuna göre direnç-anahtarlama davranışları incelendi. Ayrıca VOx/TiOy formundaki iki katmanlı metal oksit yapıdan oluşan memristör cihaz üretimi gerçekleştirilerek direnç-anahtarlama özellikleri araştırıldı. Başarılı bir cihaz üretimi için önceden cihaz üretiminde kullanılacak VOx ve TiOy oksit katmanların üretimi gerçekleştirilip onların yapısal özellikleri ayrıntılı bir şekilde XRD (X-ışını Kırınımı), XRR (X-ışını Yansıtıcılığı) ve XPS (X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi) teknikleri ile karakterize edildi. Yapısal karakterizasyonlar ayrıca Raman Spektroskopisi, FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi ) Spektroskopisi ve PL (Fotolüminesans) Spektroskopisi yöntemleriyle de incelenerek yapıların geniş kapsamlı yapısal özellikleri araştırıldı. Daha sonra metal oksit tabanlı memristör cihazların üretimi gerçekleştirilerek direnç anahtarlama özellikleri DC ve AC elektriksel karakterizasyon teknikleri ile ayrıntılı bir şekilde incelendi. Üretilen cihazların direnç-anahtarlama davranışları memristif ve sinaptik davranışlar temelinde de kapsamlı olarak aydınlatıldıIn this thesis study, single-cell memristor devices consisting of a thin-film stack structure with a single or two metal oxide layers between two metal electrodes were produced and their resistance-switching behaviors were examined in detail. Using PLD (Pulsed Laser Deposition) and Magnetron Sputter thin film production techniques, single oxide layer memristor devices consisting of VOx metal oxide layers of different thicknesses were first produced and their resistance-switching behaviors were examined according to the function of the thickness of the oxide layer. Additionally, a memristor device consisting of a two-layer metal oxide structure in VOx/TiOy was produced and its resistance-switching properties were investigated. To satisfy a successful device fabrication, the VOx and TiOy oxide layers to be used in device production were previously produced and their structural properties were characterized in detail by XRD (X-ray Diffraction), XRR (X-ray Reflectivity) and XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) techniques. Structural characterizations were also examined using Raman Spectroscopy, FTIR (Fourier Transform Infrared) Spectroscopy, and PL (Photoluminescence) Spectroscopy methods to investigate the comprehensive structural properties of the structures. Then, metal oxide-based memristor devices were produced and their resistance-switching properties were examined in detail using DC and AC electrical characterization techniques. The resistance-switching behaviors of the produced devices were also comprehensively elucidated based on memristive and synaptic behaviors.