La2NiO4+d, un conducteur mixte ionique-électronique pour les mémoires à changement de Valence

Cette these porte sur la comprehension et le developpement de materiaux innovants en tant que composant actif pour les memoires resistives a changement de valence (VCM), qui constitue une sous-categorie des memoires resistives ou des reactions d’oxydoreduction sont a l’origine du mecanisme de commutation resistive. Leur incorporation dans les circuits integres necessite une tension (ou un courant) electrique pour lire et programmer la memoire, cependant leurs fonctionnalites depend essentiellement des proprietes chimiques des materiaux constituant la memoire. Dans ce manuscrit nous etudions les proprietes du compose La2NiO4+δ, un conducteur mixte d’ions et d’electrons qui de par sa conduction d’ions oxydes dans le volume du materiau offre un terrain de jeu prometteur pour les VCMs. Nous avons pu obtenir des films minces de La2NiO4+δ fortement textures sur des substrats monocristallins de SrTiO3 par depot chimique en phase vapeur a partir de l’injection pulsee de precurseurs metalorganiques (PiMOCVD). Des recuits sous atmosphere controlee ont permis de faire varier le contenu en oxygene et d’ajuster les proprietes semiconductrices-type p de La2NiO4+δ par un mecanisme d’auto-dopage. Une sur-stœchiometrie en oxygene dans la plage 0 ≤ δ ≤ 0.08 induit une variation de resistivite de 5.7 Ω.cm a 5.3x10-3 Ω.cm pour un recuit sous hydrogene ou sous oxygene, respectivement. Les films minces de La2NiO4+δ ont ensuite ete utilises comme base dans la conception d’heterostructures metal/La2NiO4+δ/metal. Le role important de la jonction metal/oxyde sur les proprietes des VCMs de type interfaciales est discute en details. En particulier, un contact ohmique avec La2NiO4+δ est obtenu en utilisant un materiau d’electrode tel que le Pt ayant un travail de sortie eleve, alors qu’un contact rectifiant est obtenu avec Ti resultant de la presence d’une fine couche (~8 nm) de TiOx formee de maniere spontanee a l’interface Ti/La2NiO4+δ. Une heterojunction asymetrique Pt/La2NiO4+δ/Ti a ete selectionnee comme prototype afin d’evaluer les proprietes memristives de composants bases sur La2NiO4+δ. Un changement de resistance bipolaire a ete mesure ainsi qu’une possibilite de programmation largement multi-niveaux lorsque la memoire est stimulee de maniere pulsee. Les resultats prometteurs obtenus par ce premier prototype sont ensuite etendus pour la premiere fois a un systeme plus complexe de bicouches La2NiO4+δ/LaNiO3. Des proprietes de relaxation ont ete mesurees, rendant ces memoires interessantes pour leur utilisation en tant que memoire volatile pour un filtrage dynamique dans des applications neuromorphiques.