В МФТИ сделали шаг к улучшению устройств памяти — Naked Science
8 минут
ФизТех

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.
Вчера, 21:05
2 минуты
Илья Ведмеденко

Судостроители спустили на воду крупный патрульный корабль проекта 22120. Публично о начале его строительства не сообщали.

Позавчера, 20:35
2 минуты
Илья Ведмеденко

Соединенные Штаты завершили строительство первых бомбардировщиков B-21. В будущем такие машины должны сменить B-1B и B-2 Spirit. Первый полет новый самолет может совершить в 2022 году.

2 часа назад
58 минут
Николай Цыгикало

Грохот уходящих в космос ракет, гигантские столбы огня, колоссальная сила, превосходящая силу тяжести. Форсажный рев боевых самолетов. Самое громкое и мощное силовое устройство человека. Все это — канал особой формы и особых свойств, радикально изменивший человечество. В чем его суть и как происходит трудное рождение сверхзвука — читайте в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

6 июня
7 минут
Василий Парфенов

Через четыре дня в Северном полушарии Земли можно будет наблюдать довольно редкое явление — кольцевое солнечное затмение. Как и во всех подобных случаях, наиболее впечатляющей картиной смогут наслаждаться далеко не все жители этой части планеты. Рассказываем, каковы шансы его увидеть у жителей крупнейших городов России.

6 июня
8 минут
Мария Азарова

Эксперименты показали, что исходный диаметр зрачка тесно связан с когнитивными способностями. По словам ученых, разница в размере зрачка у людей, набравших наибольшее количество баллов в тестах, и у тех, кто получил плохой результат, слишком значительна.

24 мая
23 минуты
Ольга Иванова

«Сексуальную революцию совершили задние сиденья автомобилей», – заявил в свое время американский общественный деятель Джерри Рубин. И ошибся. Раскрепощение нравов происходило задолго до появления машин, причем много раз. Оно напоминает движение маятника. Как и почему вершились «секшал революшнс» и стоим ли мы на пороге нового витка сексуальности или же нас ждет ужесточение морали? Об этом – в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

27 мая
51 минута
Александр Березин

Хотя в прессе много пишут об исключительно редких «побочках» от вакцин, практика показывает, что бояться надо совсем другого. Самым страшным врагом привитого остается... коронавирус. Даже после вакцин Pfizer или Moderna от него иногда умирают — и подобных случаев уже сотни. Разумеется, среди непривитых таких на порядки больше, но погибшим и членам их семей от этого не легче. Еще хуже то, что две из трех российских вакцин, похоже, защищают от ковида намного слабее Pfizer и Moderna. Это довольно странно с учетом того, что третий российский препарат в этом плане не уступает западным аналогам. Почему российские власти финансируют миллионные тиражи слабой вакцины, имея в распоряжении вполне полноценную?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: