Röntgenfotoelektronispektroskopia Gd(1-x)CaxMnO3 -memristorien tutkimuksessa - Haalisto, Christopher (My University, 2021)
Nykyaikaiset Flash-muistit eivät enää tulevaisuudessa mahdollisesti riitä täyttämään jatkuvasti kehittyvän tietotekniikan tarpeita. Uusina muistityyppeinä on kehitetty resistiiviseen kytkentään perustuvat memristorit, joiden toiminta perustuu asetusjännitteen avulla tapahtuvaan resistanssin muutokseen. Memristorit ovat joko korkean tai matalan resistanssin tilassa. Tutkielmassani perehdyttiin Gd(1-x)CaxMnO3:sta (GCMO) valmistettujen memristorien kemiallisten tilojen muutoksia, kun kalsiumin pitoisuutta tai memristorien resistiivistä tilaa muutetaan. Tutkin kolmea eri GCMO-näytettä, joiden kalsiumpitoisuus x oli 0,7, 0,8 ja 0,9. Mittaamani memristorit ovat joko korkean (HRS) tai matalan resistanssin tilassa (LRS). Mittasin myös vertailun vuoksi käsittelemättömät (pristine) memristorit. Kemiallisten tilojen tutkimuksen tein röntgenfotoelektronispektroskopian (engl. X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) avulla. Tein mittaukset kahdella eri tavalla: memristorin elektrodien välistä ja syvyysprofiilimittauksena memristorilla olevan alumiinielektrodin läpi. Syvyysprofiilimittauksessa käytin argon-ionisputterointia. Mittausteni perusteella kemiallisissa tiloissa havaitaan muutoksia, kun memristorin resistiivinen tila muuttuu. Myös GCMO:n Ca-konsentraation muuttaminen näkyy mittaustuloksissa. Muutoksia näkyy erityisesti hapen O 1s- ja mangaanin Mn 3s-fotoelektronispektreissä. Syvyysprofiilimittausten tarkoituksena oli selvittää alumiinielektrodiin mahdollisesti muodostuvan alumiinioksidikerroksen paksuutta. Syvyysprofiloinnin avulla oli mahdollista seurata alumiinioksidin pitoisuuden muutoksia sekä arvioida rajapinnan tarkkuutta sekä mahdollisesti tapahtuvaa alkuaineiden diffuntoitumista rajapinnan ylitse. Perovskiittimanganiiteista GCMO:ta on tutkittu hyvin vähän. Varsinkin GCMO-memristoreista on tehty vähän tutkimusta. Mitattuja XPS-spektrejä ei myöskään löydy GCMO:sta läheskään yhtä paljon verrattuna muihin perovskiittimanaganiitteihin. Työni tarkoituksena oli tuoda lisätietoja GCMO-materiaalista ja memristorien toiminnasta.
Keywords: GCMO, XPS, Röntgenfotoelektronispektroskopia, Sputterointi, Memristorit