Analysis of the resistive switching phenomenon in MOS devices for memory and logic applications

Premi Extraordinari de Doctorat concedit pels programes de doctorat de la UAB per curs acadèmic 2016-2017 En general, la continua evolución de la tecnología ha llevado a afrontar nuevos retos emergentes. En cuanto al campo de la electrónica, uno de los más relevantes ha sido la ley de Moore que postula que "el número de transistores en un circuito integrado se duplica aproximadamente cada dos años". Para cumplir esta ley, la solución ha sido reducir las dimensiones de los dispositivos. Sin embargo, en las últimas décadas se han alcanzado limitaciones físicas debido a que la disminución de las dimensiones está alcanzando el rango atómico. Se han observado además problemas debidos al escalamiento del dispositivo tales como efectos de canal corto en MOSFET. Por ello, la comunidad científica se ha centrado en la exploración de nuevos materiales, alternativas estructuras de dispositivo o diferentes fenómenos que superen los diferentes problemas debidos l escalado. En cuanto a los fenómenos alternativos, uno de los más relevantes ha sido el fenómeno de Resistive Switching (RS) que ha mostrado características prometedoras para ser implementado en muchas aplicaciones. Este fenómeno se basa en la capacidad de una capa dieléctrica para cambiar su resistencia (o conductividad) entre dos o más valores, que muestran un comportamiento no volátil, bajo la acción de un campo eléctrico. Estas características hacen que este fenómeno sea muy prometedor para su aplicación en: lógica digital, donde surge un nuevo paradigma de computación basado en este fenómeno; en el desarrollo de redes neuronales artificiales, que emulan el comportamiento de la parte neuronal conocida como sinapsis o memoria como la próxima generación de memorias no volátiles. Sin embargo, a pesar de los grandes esfuerzos de la comunidad científica en la última mitad de siglo, hay varios temas candentes, tales como la comprensión profunda de RS, el análisis de los problemas de fiabilidad que afectan el comportamiento de RS o la investigación sobre nuevas aplicaciones de dispositivos basados ​​en RS, en los que queda mucho trabajo por hacer. Por lo tanto, en esta tesis, se ha estudiado el fenómeno RS tanto a nivel de dispositivo, para analizar el fenómeno en sí mismo, como a nivel de circuito, para analizar su aplicación como memorias y en operaciones digitales. Inicialmente, el fenómeno se ha estudiado experimentalmente en transistores MOSFET analizando el efecto de la polaridad de tensión aplicada para prov