Мемристоры — это элементы микроэлектроники, которые кардинально увеличивают скорость обработки информации и объемы хранимых данных, принципиально меняя подходы к компьютерной архитектуре. Микросхемы нанометровых размеров могут и хранить, и обрабатывать данные, они «запоминают» пропущенный заряд, благодаря чему длительно хранят информацию независимо от напряжения. Проблема в том, что современные мемристорные устройства часто ведут себя нестабильно. Поэтому поиск материалов и структур для мемристоров с лучшими свойствами остается одним из главных направлений микро- и наноэлектроники.
В ННГУ научились диагностировать работу мемристоров по спектру электронного шума /
Для более тонкого анализа и настройки режимов работы мемристорных структур ученые радиофизического и физического факультетов ННГУ предложили метод диагностики по спектру шума электрического тока через контакт зонда атомно-силового микроскопа. «Мы использовали метод шумовой диагностики для анализа мемристорных структур. Более высокое разрешение и неинвазивность метода позволяют улучшать характеристики приборов российской микроэлектроники, что открывает новые направления исследований.
На сегодняшний день — это один из самых простых и безопасных для структуры мемристора способов оценки электрофизических параметров, качества и надежности его материалов», — сообщил доцент радиофизического факультета ННГУ доктор физико-математических наук Алексей Клюев.
В статье, опубликованной в Японском журнале прикладной физики (Japanese Journal of Applied Physics), ученые Университета Лобачевского поделились результатами анализа низкочастотного шума мемристора на основе нитрида кремния (Si3N4). Благодаря своей инертности к влаге и кислороду нитриды все чаще рассматриваются как перспективный материал для мемристоров.
«Мемристор, как правило, это нанопленка, помещённая между электродами со структурой «металл-диэлектрик-металл». Под напряжением ионы кислорода в диэлектрике начинают перемещаться, а освободившиеся места формируют проводящие каналы, филаменты, которые обеспечивают перенос заряда от электрода к электроду. Количество пропущенного заряда меняет сопротивление мемристора и позволяет ему «запоминать» электрический заряд за счет изменения свойств структуры», – сообщил Алексей Клюев.
Возможность проконтролировать и детально описать эти процессы позволит сделать работу мемристоров более стабильной. Между пленкой нитрида кремния и подложкой ученые наносили подслой оксида кремния толщиной два нанометра, который, как выяснилось, снижает низкочастотный шум, однако, уменьшая при этом срок службы образца. Это связано с сопротивлением оксидного подслоя, которое приводит к уменьшению тока и диаметра проводящих каналов.
Метод шумовой диагностики позволяет определить флуктуации тока и понять их зависимость от скачков отдельных ионов кислорода внутри и вне проводящих каналов, а также определить число этих ионов. Ученые ННГУ планируют активно использовать его для поиска материалов и структур «идеального» мемристора. Исследования проводятся в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации.
