En förbättrad design för en lovande datorminnesteknologi har utvecklats av A*STAR-forskare. Victor Zhuo och kollegor utvecklade resistive random-access memory (RRAM) som, under tillverkningen, kräver inte en skadlig högspänningsformningsprocess.

"Vi demonstrerar en formningsfri RRAM-cell med låga driftspänningar, ett stort motståndsfönster och utmärkt termisk stabilitet, säger Zhuo.

RRAM är det mest lovande icke-flyktiga minnessystemet eftersom det visar liknande funktionalitet som nuvarande solid-state minnesenheter, men har en högre lagringstäthet och lång livslängd. RRAM-enheter kan skalas ner till mindre än 14 nanometer. De erbjuder också en enkel operationsmekanism där minnestillståndet för materialet som motsvarar de bitar som används av datorer bestäms enbart av enhetens elektriska resistans. Detta motstånd kan "växlas" i storleksordningar, bara genom att använda elektriska spänningspulser som appliceras på RRAM-enheten.

Den rudimentära driftmekanismen för RRAM betyder att chipsen har en enkel tillverkningsmetod. Dock, en nackdel med RRAM-tillverkning är att minnesenheten inte befinner sig i något av de två elektriska motståndstillstånd som behövs för drift. En hög formström krävs för att ställa in minnet i rätt tillstånd:detta komplicerar tillverkningen och kräver ytterligare övervakning för skador.

Forskare från A*STAR Data Storage Institute och A*STAR Institute of Microelectronics har utvecklat en design för enheten som levererar minne i önskat tillstånd och undviker användningen av att bilda strömmar.

På det mikroskopiska planet, resistansbytet av RRAM sker genom migration av syreatomer. Eftersom RRAM-material är gjorda av en kombination av metall- och syreatomer; avlägsnande av syre orsakar syrebrist i materialet. Detta sänker materialets elektriska motstånd, låta elektrisk ström flöda. Att införa syre tillbaka i materialet ökar dess elektriska motstånd och gör det till en isolator.

RRAM-enheterna som studerats av Zhuos team använder tantaloxid med elektriska kontakter gjorda av antingen titannitrid eller tantal. När du använder titannitrid, som är kemiskt inte särskilt reaktivt, en formningsspänning krävs under tillverkningen. Dock, när man använder den mer kemiskt reaktiva tantalen, enheten är redo att användas direkt. Tantal har en naturlig affinitet att reagera med syret som hjälper till att förbereda materialet i rätt tillstånd.

Syftet är att demonstrera detta koncept i avancerade enheter, tillägger Zhuo. "Vårt nästa steg är att integrera RRAM-minnesenheter med en väljare för icke-flyktiga minnesapplikationer med ultrahög densitet."