​Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Новосибирского государственного университета, Новосибирского государственного технического университета и Национального университета Чао Тунг (Тайвань) разработали и сравнили элементы резистивной памяти — мемристоры на основе нитрида кремния, синтезированные с помощью двух разных технологий.

Более высокопроизводительное устройство удалось получить, используя технологию физического осаждения из газовой фазы (PVD). Существенное преимущество нитрида кремния перед другими материалами для энергонезависимой памяти — совместимость с традиционным способом производства интегральных схем. Применение нового типа памяти позволит увеличить быстродействие компьютеров, гаджетов, проводить большее количество операций в единицу времени, снизив при этом потребление энергии. Результаты работы международной коллаборации опубликованы в журнале Scientific Reports. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.

«Вместе с коллегами из Национального университета Чао Тунг мы обнаружили, что свойства полностью неметаллической резистивной памяти на основе нитрида кремния SINx переменного состава (нестехиометрического) сильно зависят от технологии синтеза последнего. Выращиванием материала занимались коллеги из Тайваня, и они впервые использовали метод физического осаждения, который показал хорошие результаты. Например, время хранения информации на микроэлектронном компоненте, полученном с помощью PVD в 100 раз больше, чем с помощью плазменно-химического осаждения из газовой фазы (PECVD). Первая технология не является традиционной для производства интегральных микросхем и применялась впервые для синтеза нитрида кремния», — отмечает российский соавтор статьи, главный научный сотрудник лаборатории физических основ материаловедения кремния Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН доктор физико-математических наук Владимир Алексеевич Гриценко.

Методы синтеза PVD и PECVD предполагают разные способы создания материалов нужного состава. В первом случае твердые вещества нагреваются до получения газовой фазы, и затем, в условиях высокого вакуума атомы этих веществ, например, кремния и азота осаждаются на подложке, образуя тончайшую пленку в данном случае — нитрида кремния. В другом методе PECVD — плазменно-химическом осаждении из газовой фазы — молекулы осаждаемых материалов содержатся в газовой смеси, а для их разложения на свободные радикалы используется высокочастотный плазменный разряд. Так как обычно для получения нитрида кремния используются содержащие водород газы — моносилан (SiH4) и аммиак (NH3), то формирующаяся тонкая плёнка нитрида кремния содержит водород в виде Si-H и N-H связей, и концентрация водорода тем выше, чем ниже температура подложки в процессе осаждения.

1_фрагмент кремниевой подложки.jpg
Фрагмент кремниевой подложки с нанесенным на нее мемристорным материалом на основе нестехиометрического нитрида кремния SiN

Работы по созданию энергонезависимой резистивной памяти интенсивно ведутся во всем мире, поскольку ее характеристики существенно превышают те, что есть у распространенной сейчас флэш-памяти. Однако до сих пор в качестве перспективных материалов для RRAM  исследовались преимущественно оксиды металлов, например, фирма Panasonic производит такую память на основе оксида тантала. Лишь недавно увеличился интерес к оксиду и нитриду кремния, хотя эти соединения традиционно используются для изготовления микро- и наноэлектроники и не потребуют дополнительных технологических новаций при интеграции в производство кремниевых микросхем, в отличие от оксидов металлов.

«Тестовые микроэлектронные компоненты RRAM — мемристоры — сделали специалисты Национального университета Чао Тунг, они же провели изучение запоминающих характеристик. Вклад российской стороны — исследование фундаментальных свойств материала, механизма переноса электронов», — объясняет Владимир Гриценко.

2_фрагменты кремниевых подложек с нанесенным на.jpg
Фрагменты кремниевых подложек с нанесенным на них мемристорным материалом, созданным на основе нестехиометрического нитрида кремния SiN

Мемристор — элемент наноэлектроники, изменяющий свое сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда. Благодаря этому можно использовать изменение напряжения для перезаписи и считывания информации на мемристоре. Сейчас для записи информации используются транзисторы.

Нужно отметить, что мемристор может выступать не только, как ячейка памяти, но и как аналог синапса — контакта между двумя нейронами или нейроном и другими возбудимыми клетками. Каждый нейрон связывается с большим количеством своих «собратьев», при этом «сила» взаимодействия в каждом случае отличается и может меняться с течением времени. Подобный механизм передачи сигналов можно сформировать и с помощью мемристоров. Это, в свою очередь, делает мемристорные системы перспективными для создания компьютеров, работающих по принципу человеческого мозга.

«На данный момент у мозга гораздо более высокие показатели работоспособности, чем даже у суперкомпьютера. При весе примерно в 1 кг, потребляемой мощности 100 Ватт, рабочей частоте 100 герц человеческий мозг распознает образ за 100 миллисекунд. Для решения аналогичной задачи суперкомпьютеру потребуется месяц, при этом он будет весить 100 тонн, обладать мощностью в десять мегаватт (это около одной пятой мощности Новосибирской ГЭС) и рабочей частотой в миллиард герц. Конечно, энергопотребление мемристорной системы все равно будет больше, чем у мозга, но разница будет не столь велика, как есть сейчас», — подчеркивает Владимир Гриценко.

Пресс-служба ИФП СО РАН,

Пресс-служба РНФ

Иллюстрации, автор фото Н. Дмитриева

Основное фото: измерение вольт-амперных характеристик тестового образца мемристора

Российские и тайваньские физики.docx

Источники

Сделан материал для энергонезависимой памяти
Novostival.ru, 19/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Bisnes-sodeistvie.ru, 19/03/2020
Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния
Newspotok.ru, 19/03/2020
Физики создали материал для высокопроизводительной энергонезависимой памяти
24ТОП.kz (24top.kz), 19/03/2020
Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния
Российский научный фонд (rscf.ru), 19/03/2020
Создан новый материал для резистивной памяти
Индикатор (indicator.ru), 19/03/2020
Создан новый материал для резистивной памяти
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/03/2020
Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния
Российский научный фонд (рнф.рф), 19/03/2020
Материал для энергонезависимой памяти
Чудо Техники (chudo.tech), 19/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Rosinvest.com, 19/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Mukola.net, 19/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Pcnews.ru, 19/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Популярная механика (popmech.ru), 19/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 19/03/2020
Ученые России и Тайваня создали материал на базе нитрида кремния для быстрой энергонезависимой резистивной памяти
Время Электроники (russianelectronics.ru), 19/03/2020
Физики создали материал для высокопроизводительной энергонезависимой памяти
Газета.Ru, 19/03/2020
Физики создали материал для высокопроизводительной энергонезависимой памяти
Новости@Rambler.ru, 19/03/2020
Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния
Perm Daily (permdaily.ru), 19/03/2020
Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния
Newstes.ru, 19/03/2020
Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния
Полит.ру, 19/03/2020
"Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния"
Ivest.kz, 19/03/2020
Российские и тайваньские физики создали материал на основе нитрида кремния для высокопроизводительной энергонезависимой резистивной памяти
Российский научный фонд (rscf.ru), 19/03/2020
В ИФП СО РАН занимаются разработкой энергонезависимой резистивной памяти, которая должна заменить флеш-память
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 19/03/2020
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
ФСМНО (sciencemon.ru), 20/03/2020
Сделан материал для энергонезависимой памяти
Newtvnews.ru, 20/03/2020
Создан новый материал для резистивной памяти
Nanonewsnet.ru, 23/03/2020

Похожие новости

  • 18/10/2017

    Российские ученые напечатали из графена элементы электронных устройств будущего

    Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН разработали метод печати надежных устройств для гибкой электроники на 2D-принтере. Для этого они получили новый диэлектрический материал — фторированный графен.
    1342
  • 14/05/2019

    От электрона к фотону: ИФП СО РАН — 55

    ​​Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
    1007
  • 17/03/2020

    Совместные статьи новосибирских и тайваньских физиков, посвященные созданию нового типа памяти, попали в престижные рейтинги научных работ

    Тематика этих исследований — разработка энергонезависимой резистивной памяти, быстродействие и информационная емкость которой во много раз превышает характеристики флэш-памяти. Материалом для изготовления тестовых элементов новой памяти послужил нестехиометрический оксид кремния (SiOx).
    339
  • 19/05/2017

    Энергия молодости как движущая сила науки

    Так же, как российское могущество прирастает Сибирью, могущество Сибирского отделения прирастает молодыми учеными. Они приходят в науку разными путями, но затем все эти тропинки сливаются в одну дорогу, ведущую в будущее.
    2311
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    2626
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    1339
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1337
  • 29/01/2020

    Новосибирские ученые исследуют действие холодной плазмы на раковые клетки

    Совместный проект Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Института теоретической и прикладной механики СО РАН направлен на развитие оригинального метода противораковой терапии с использованием холодной плазменной струи.
    510
  • 16/04/2019

    Как синхротронное излучение помогает науке

    ​Половина Нобелевских премий в молекулярной биологии за последние 20 лет отдана синхротронному излучению (СИ). Ученый Анатолий Снигирев рассказал, как получают рентгеновские лучи необходимых параметров и в чем преимущество проектов источников СИ четвертого поколения, реализуемых в России.
    826
  • 21/05/2019

    «Академический час для школьников»: лекция «Космические технологии полупроводниковых структур»

    ​22 мая в 15:00 в Выставочном центре СО РАН состоится лекция д.ф.-м.н. Олега Петровича Пчелякова «Космические технологии полупроводниковых структур». ​Пчеляков Олег Петрович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий Отделом роста полупроводниковых пленок Института физики полупроводников им.
    516