Högupplöst transmissionselektronmikroskopi bild (a) och schematisk (b) av tvärsnittet av flerskiktsmemristivstrukturen i området för det ledande filamentet (CF), beroende av resistiva tillstånd på antalet omkopplingscykler och ett fotografi av memristive -chipet med memristiva mikroenheter (c) Kredit:Lobachevsky University
Lobachevsky-universitetets forskare har implementerat en ny variant av metalloxidmemristivanordningen, som lovar användning i RRAM (resistivt slumpmässigt åtkomstminne) och nya datorsystem, inklusive neuromorfa.
Variabilitet (brist på reproducerbarhet) av resistiva kopplingsparametrar är nyckelutmaningen på vägen till nya applikationer av memristive -enheter. Denna variabilitet av parametrar i 'metall-oxid-metall'-anordningstrukturer bestäms av den stokastiska karaktären hos migrationsprocessen för syrejonen och/eller syrevakanserna som ansvarar för oxidation och reduktion av ledande kanaler (filament) nära metall/oxid-gränssnittet . Det förvärras också av nedbrytningen av enhetsparametrar vid okontrollerat syreutbyte.
Traditionella metoder för att kontrollera den memristiva effekten inkluderar användning av speciella elektriska fältkoncentratorer och konstruktion av material/gränssnitt i memristive -enhetens struktur, som vanligtvis kräver en mer komplex teknisk process för att tillverka memristiva enheter.
Enligt Alexey Mikhaylov, chef för UNN PTRI -laboratoriet, Nizjnij Novgorod-forskare använde för första gången i sitt arbete en metod som kombinerar fördelarna med materialteknik och självorganisationsfenomen på nanoskala. Det innebär en kombination av materialen i elektroder med viss syreaffinitet och olika dielektriska lager, samt självmontering av metallnanokluster som fungerar som elektriska fältkoncentratorer.
"Detta tillvägagångssätt kräver inga ytterligare operationer vid tillverkningen av sådana anordningar och visar ett praktiskt viktigt resultat:stabilisering av resistiv omkoppling mellan olinjära resistiva tillstånd i en flerlagers enhetstruktur baserad på yttriumstabiliserade zirkoniumdioxidfilmer med en given koncentration syre och ytterligare lager tantaloxid, "förklarar Alexey Mikhaylov.
Efter en omfattande studie av Lobachevsky -universitetets forskares struktur och sammansättning av material, det är möjligt att tolka det erhållna resultatet på grundval av konceptet om filamentbildning med en central ledande del i ZrO 2 (Y) film och reproducerbara strukturella transformationer mellan en mer ledande rutilliknande TaO x fas och det dielektriska Ta 2 O 5 fas i den underliggande tantaloxidfilmen under Joule -uppvärmning av det lokala området nära glödtråden.
Förekomsten av spannmålsgränser i ZrO 2 (Y) som föredragna kärnbildningsställen för filament, förekomsten av nanokluster som fältkoncentratorer i Ta 2 O 5 filma, och utbytet av syre mellan oxidskikten vid gränssnittet med TiN bidrar till stabilisering av resistiva tillstånd.
"Det är viktigt att notera att den optimerade strukturen också har implementerats som en del av memristive-chipet med cross-point och cross-bar-enheter (enhetsstorlek:20 μm × 20 μm), som visar robust omkoppling och låg variation av resistiva tillstånd (mindre än 20%), vilket öppnar möjligheten att programmera memristivvikter i stora passiva matriser och deras tillämpning i hårdvaruimplementeringen av olika funktionella kretsar och system baserade på memristors. Det förväntas att nästa steg mot kommersialisering av de föreslagna tekniska lösningarna kommer att bestå i att integrera uppsättningen memristive -enheter med CMOS -skiktet som innehåller periferi- och styrkretsar, "avslutar Alexey Mikhaylov.
