Complex functional oxides for thermal management and resistive switching applications

Abstract

Η υψηλά απαιτητική βιομηχανία υπολογιστών για γρήγορη σμίκρυνση των επεξεργαστών και της μνήμης τους απαιτεί ηλεκτρονικές συσκευές γρήγορες, με το μικρότερο μέγεθος, με σταθερότητα και λειτουργία σε χαμηλές θερμοκρασίες. Νέα υλικά που επιτρέπουν την λειτουργία των επεξεργαστών σε χαμηλή θερμοκρασία, και νέες δομές για ταχύτερες και μικρότερες σε μέγεθος μνήμες ηλεκτρονικών υπολογιστών μελετώνται.Για την διατριβή αυτή, έχουν μελετηθεί ιδιότητες των υλικών La5Ca9Cu24O41 και LixCoO2, σχετικές με τη χρήση τους σε τεχνολογικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα, μελέτη προσομοίωσης πιθανής χρήσης του υλικού La5Ca9Cu24O41 για διοχέτευση της υψηλής θερμικής ροής στο εξωτερικό μέρος μίας εξαιρετικά-λεπτής-συσκευής-πυριτίου-πάνω-σε-μονωτή (ETSoI) έχει επιτευχθεί, και επίσης η μελέτη του φαινομένου της μεταγωγής αντίστασης του υλικού LixCoO2 με σκοπό να εντοπιστεί ο μηχανισμός που διέπει αυτό το φαινόμενο πραγματοποιήθηκε.Το υλικό La5Ca9Cu24O41 επελέγη για τη μελέτη αυτή ως υλικό με υψηλό βαθμό ανισοτροπίας στη θερμική αγωγιμότητα, ενώ την ίδια στιγμή είναι ένας ηλεκτρικός μονωτής. Για το λόγο αυτό η πιθανή χρήση του La5Ca9Cu24O41 σε ηλεκτρονικές συσκευές μπορεί να είναι υψηλού ερευνητικού ενδιαφέροντος.Το LixCoO2 είναι ένα υλικό ευρέως γνωστό για τη χρήση του ως υλικό καθόδου σε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Li-ion και εκτενώς μελετημένο. Παρόλα αυτά, έχει προσελκύσει την προσοχή μας από την πρώτη επίδειξη της μεταγωγής στην αντίστασή του το 2011 από τον Α Moradpour et al. Η απλότητα του προτεινόμενου μηχανισμού θα μπορούσε να είναι ερευνητικά και από τη σκοπιά της βιομηχανίας πολύ ενδιαφέρουσα.

Ever-increasing miniaturization and high-demanding computer memory and processor industry require fast, miniaturized, reproducible and “cool” electronic devices. Novel materials that are able to lower processor temperature, and new device structures for faster and miniaturized computer memories are currently investigated.In this thesis technological application related features of La5Ca9Cu24O41 and LixCoO2 materials have been studied. In particular, a feasibility simulation study using La5Ca9Cu24O41 material for heat channeling in Extremely-Thin-Silicon-on-Insulator devices was accomplished, and an experimental study of Resistive Switching phenomena in LixCoO2–based memory cells was carried out in order to identify the mechanism governing these phenomena.La5Ca9Cu24O41 was selected for this study, as a material with highly anisotropic thermal conductivity, while at the same time is an electrical insulator. For that reason the possible use of it in electronic devices can be of high research interest. LixCoO2 is an extensively studied material and widely known for its use as a cathode material in Li-ion rechargeable batteries. Nevertheless, it has recently been shown to also exhibit resistive switching characteristics. The fundamental mechanism underlying the resistive switching behavior could be of high research and industrial interest.