Bachelorarbeit in Elektrotechnik, Physik oder Materialwissenschaften

Modellierung des Forming-Prozesses resistiver Speicherzellen

Resistive Speicherzellen (ReRAM) gelten in Forschung und Industrie als vielversprechende Technologie für zukünftige nichtflüchtige Speicher sowie neuromorphe Anwendungen und kommen bereits heute zum Einsatz. Dank ihrer schnellen Schaltzeiten, guten Skalierbarkeit und ihres geringen Energieverbrauchs werden sie als potenzielle Nachfolger etablierter Flash-Speicher gehandelt.

Das Funktionsprinzip beruht auf der gezielten Veränderung des elektrischen Widerstands eines aktiven Materials – in unserem Fall eines Metalloxids in sogenannten Valenzwechselzellen (VCM). Wird eine Spannung an die Elektroden angelegt, kann das Oxid teilweise reduziert werden. In diesem sogenannten Forming-Prozess entstehen Sauerstoffleerstellen, die die Leitfähigkeit des Materials deutlich erhöhen. Diese Leerstellen lassen sich durch geeignete Spannungen reversibel verschieben, wodurch zwischen einem hochohmigen (HRS) und einem niederohmigen Zustand (LRS) geschaltet werden kann – entsprechend den logischen Zuständen ‘0’ und ‘1’.

Zahlreiche stochastische Prozesse führen jedoch dazu, dass sich der Forming-Prozess und das Schaltverhalten von Zelle zu Zelle und Zyklus zu Zyklus stark unterscheiden. Besonders bei großskaligen Anwendungen mit Millionen Zellen ist ein tiefes Verständnis dieser Effekte entscheidend.

Ziel dieser Arbeit ist es, mithilfe eines bestehenden 3D Kinetic Monte Carlo (3D KMC) Modells den Forming-Prozess zu simulieren und die Rolle stochastischer Einflüsse zu analysieren. Dabei sollen verschiedene Parameter systematisch untersucht und deren Einfluss auf das Verhalten der Speicherzellen bewertet werden. Zudem soll der im Modell enthaltene Sauerstoffaustausch an der Metall-Oxid-Grenzfläche gezielt angepasst und verbessert werden.

Voraussetzungen:

• Interesse an physikalischer Modellierung und Simulation
• Grundkenntnisse in Programmierung von Vorteil, aber nicht zwingend
• Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise
• Studium in Elektrotechnik, Physik, Materialwissenschaften oder Vergleichbarem

Das bieten wir:

• Aktuelle, industrierelevante Forschung
• Flexible Arbeitszeiten und Möglichkeit zu HomeOffice
• Simulationen auf dem JURECA Supercomputer
• Individuelle Betreuung

Ansprechpartner:

Dr. Nils Kopperberg

Walter-Schottky-Haus (WSH), Raum 24C 409

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

10.07.2025