18.11.2020
ФизТех
1 014

В МФТИ сделали шаг к улучшению устройств памяти

4.1

Запоминающие устройства на основе переключения сопротивления обладают значительными преимуществами перед используемыми сегодня элементами памяти. Сотрудники лаборатории атомно-слоевого осаждения МФТИ совместно с коллегами из Кореи изучили влияние дефектов поверхности одного из электродов на свойства ячейки резистивной памяти. Оказалось, что при увеличении толщины электрода шероховатость его поверхности резко возрастает, а параметры ячейки памяти заметно улучшаются.

Полезные дефекты / ©Дарья Сокол / Пресс-служба МФТИ

Результаты опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Некоторые вещества при подаче на них электрического напряжения могут переключаться из диэлектрического состояния в проводящее и обратно. Пороговое напряжение, отношение сопротивлений в разных состояниях и другие параметры зависят от вещества, расположенного между электродами.

На этом принципе основана работа резистивной памяти с произвольным доступом — одного из наиболее многообещающих типов энергонезависимой памяти. Резистивные запоминающие устройства, построенные на основе оксидов переходных металлов, отличаются низким энергопотреблением, долговечностью, простотой расширения и скоростью работы, поэтому многие компании стимулируют разработки этого типа памяти.

Ячейка памяти подобного типа представляет собой слоистую структуру между двумя электродами, на которые подается переключающее напряжение. Ее свойства зависят не только от вещества между электродами, но и от состава и формы самих электродов. Сегодня один электрод делают в основном из нитрида титана, а второй — из платины. Однако платина несовместима с полупроводниковыми структурами, используемыми в компьютерных схемах.

Рутений, в отличие от платины, этой проблемы не имеет, кроме того, рутениевые электроды также можно получать методом атомно-слоевого осаждения, благодаря чему есть возможность изготавливать трехмерные вертикальные структуры памяти. Александра Королёва, аспирантка Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики, один из авторов статьи, комментирует: «Мы выращивали рутениевые электроды с разным количеством циклов атомно-слоевого осаждения для исследования влияния толщины электрода на параметры ячейки. Далее с помощью атомно-силового микроскопа исследовали поверхность электрода».

Оказалось, что при увеличении количества осаждаемых слоев размер зерен на поверхности электрода меняется от 5 до 70 нанометров. Затем ученые использовали рутениевые пленки в качестве нижнего электрода в структурах резистивной памяти на основе оксида тантала. Было показано, что увеличение толщины рутения приводит к уменьшению сопротивления ячейки в обоих состояниях, а также к увеличению соотношения значений сопротивления в диэлектрическом и проводящем состояниях.

Увеличение шероховатости поверхности рутениевого электрода также привело к снижению напряжения формовки и напряжения переключения. Кроме того, заметно увеличился ресурс устройства, достигая 50 миллионов циклов перезаписи для устройства с наиболее шероховатым электродом. Это значит, что при увеличении шероховатости электрода улучшаются важные для практических применений характеристики устройства — долговечность и энергоэффективность.

Для объяснения эффекта учеными была предложена упрощенная модель, демонстрирующая локализацию электрического поля на склонах наиболее крупных зерен на поверхности рутения. Это предположение было подтверждено с помощью проводящей атомно-силовой микроскопии.

«Наши результаты помогут понять, как можно существенно улучшить ячейки памяти нового типа. Увеличение толщины пленки рутения приводит к увеличению шероховатости поверхности электрода. При этом на склонах зерен формируются области локальной концентрации электрического поля, что, в свою очередь, значительно улучшает ключевые характеристики устройства.

Результаты дают надежду, что в будущем устройства памяти будут иметь лучшую производительность и надежность», — дополняет Андрей Маркеев, заведующий группой атомно-слоевого осаждения МФТИ. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Предстоящие мероприятия
8 часов назад
Илья Ведмеденко

Научно-производственное объединение «Энергомаш» передало в прошлом году двигатель РД-171МВ ракетно-космическому центу «Прогресс»: там его ждут стендовые испытания в составе первой ступени ракеты-носителя «Союз-5».

Позавчера, 19:27
Михаил Орлов

В последнее время Азовское море страдает от нашествий медуз-корнеротов. Местные исследователи из Азово-Черноморского филиала ВНИРО подошли к проблеме изобретательно и предложили использовать корнеротов как ценный продукт питания.

Вчера, 13:25
Николай Цыгикало

Создание грандиозной группировки спутников Starlink продемонстрирует принципиально новые качества, которые начинают проявляться у экстремально больших спутниковых систем. Их баллистические возможности могут оказаться неожиданными и позволят использовать такую мегагрупприровку совсем не по основному назначению. Например, можно оперативно превратить часть мирных спутников в оружие и выполнить боевую задачу, а после вернуть спутники к их обычной работе. Naked Science задался вопросом, насколько это возможно.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

26 января
Илья Ведмеденко

Украина, вероятно, потеряла недавно запущенный космический аппарат «Сич-2-30». Пока с ним нет устойчивой связи — или совсем никакой.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: