2020-03-17 16:52:00

/

РИА "Сибирь"

/

Новосибирск

Ученые из Новосибирска и Тайваня создают ноый тип резистивной памяти

Группа ученых из Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН, Новосибирского госуниверситета, Новосибирского государственного технического университета и Национального университета Чао Тунг (Тайвань) ведет исследования по разработке энергонезависимой резистивной памяти, быстродействие и информационная емкость которой во много раз выше флэш-памяти. Материалом для изготовления тестовых элементов новой памяти послужил нестехиометрический оксид кремния (SiOx). 

Резистивная память (resistive random access memory) призвана, во-первых, заменить действующую флеш-память, а во-вторых, может использоваться в нейроморфных системах в качестве искусственного интеллекта. Среднее число переключений флэш-памяти - перезаписей информации - порядка десяти тысяч, для резистивной памяти этот показатель в сто миллионов раз больше, быстродействие же выше в десять миллионов раз. 

В качестве активной среды для резистивная памяти обычно применяются различные оксиды металлов, так называемые high-k-диэлектрики, но большинство из них трудно использовать в традиционном технологическом процессе из-за разных параметров кристаллических решеток кремния и high-k-диэлектриков. 

"В своей работе мы исследовали нестехиометрический оксид кремния SiOx. Это "дружественный" материал для кремниевых микросхем, в отличие от оксидов металлов, которые используются в качестве активной среды резистивной памяти. Но чтобы создать на его основе ячейку, а затем матрицу памяти необходимо детально описать механизм проводимости для высокоомного и низкоомного состояния диэлектрика, которым является SiOx", - отмечает главный научный сотрудник лаборатории физических основ материаловедения кремния Института физики полупроводников СО РАН, доктор физико-математических наук Владимир Гриценко. 

Чтобы решить эту проблему, ученые создали мемристорный материал на основе SIOx методом плазмохимического окисления силана (SiH4) в кислородной плазме. 

Мемристор - элемент наноэлектроники, изменяющий свое сопротивление в зависимости от электрического заряда. Благодаря этому можно использовать изменение напряжения для перезаписи и считывания информации на мемристоре. Сейчас для записи информации используются транзисторы. 

Специалисты лаборатории физических основ материаловедения кремния Института физики полупроводников СО РАН установили, что теоретические модели, которые традиционно применяются для описания проводимости в диэлектрике, не подтверждаются при количественных экспериментальных измерениях нового мемристорного материала, а описывают эксперимент лишь качественно. Ученым удалось установить, что проводимость такого мемристора описывается теорией Шкловского-Эфроса. 

"Теперь, когда мы знаем механизм проводимости, это открывает возможность для управления ею и запоминающими свойствами мемристоров на основе SiOx. Вероятно, поэтому статьи об этом исследовании привлекли большой интерес", - отметилл Владимир Гриценко.

Продолжение этого исследования - во второй совместной работе новосибирских исследователей и их тайваньских коллег, получившей международное признание.

"В этом случае нам удалось впервые в мире создать и исследовать полностью неметаллический элемент памяти нового типа, включая его электроды, и исключить влияние металлических контактов на механизм проводимости. Последний также определялся моделью Шкловского-Эфроса", - прокомментировал старший научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН, доктор физико-математических наук Владимир Володин.

Изученный мемристорный материал выращивался сотрудниками Национального университета Чао Тунг, новосибирские специалисты исследовали механизмы проводимости и вместе с тайваньскими коллегами уточняли процессы возникновения и разрушения филамента. Последний - это токопроводящая нанопроволока, возникающая в полупроводнике при подаче высокого положительного напряжения. В данном случае благодаря диффузии как вакансий кислорода, так и атомов кислорода между электродами появляются филаменты, обогащённые кремнием, по ним и протекает электрический ток. Если приложить отрицательное напряжение - филамент разрушается, и ток прекращается. 

"Пока исследовалась не матрица памяти, а ее единичный элемент - мемристор. Однако, судя по большому окну памяти - то есть высокому отношению токов между проводящим и непроводящим состоянием, большому количеству циклов перепрограммирования (возможности перезаписи информации) и большому времени хранения (надежности материала), которое превышает десять тысяч секунд при температуре 85 градусов Цельсия, подобный подход должен сработать в матрицах", - подчеркнул Владимир Володин. 

Проведение исследований поддержано грантом Российского научного фонда. Совместные статьи новосибирских и тайваньских физиков о создании нового типа памяти опубликованы в престижных рейтинговых научных изданиях. Одна из статей опубликована в журнале Scientific Reports и вошла в топ-100 самых скачиваемых материалов в минувшем году, согласно недавно опубликованному рейтингу. Вторая - стала одной из самых читаемых работ журнала Applied Physics Letters, как следует из издания, сообщили в пресс-службе Института физики полупроводников СО РАН.