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). Одна из статей опубликована в журнале Scientific Reports  и вошла в ТОП-100 самых скачиваемых материалов в минувшем году, согласно недавно опубликованному рейтингу. Вторая — стала одной из самых читаемых работ  журнала Applied Physics Letters, как следует из тематического рейтинга издания. Исследования велись международными коллективами ученых из Института физики полупроводников им. А В. Ржанова СО РАН, Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирского государственного университета, Новосибирского государственного технического университета и Национального университета Чао Тунг (Тайвань).

Резистивная память RRAM (Resistive Random Access Memory) призвана, во-первых, заменить действующую флеш-память, а во-вторых, может использоваться в нейроморфных системах в качестве искусственного интеллекта. Среднее число переключений флэш-памяти — то есть количество перезаписей информации —  порядка десяти тысяч, для RRAM этот показатель в сто миллионов раз больше, быстродействие же выше в десять миллионов раз.  В качестве активной среды для RRAM обычно применяются различные оксиды металлов, так называемые high-k диэлектрики, но большинство из них трудно использовать в традиционном технологическом процессе из-за разных параметров кристаллических решеток кремния и high-k диэлектриков.

«В работе, результаты которой опубликованы в журнале  Applied Physics Letters, мы исследовали нестехиометрический оксид кремния SiOx. Это "дружественный" материал для кремниевых микросхем, в отличие от оксидов металлов, которые используются в качестве активной среды резистивной памяти. Но чтобы создать на его основе ячейку, а затем матрицу памяти необходимо детально описать механизм проводимости для высокоомного и низкоомного состояния диэлектрика, которым является SiOx», — отмечает соавтор обеих статей, главный научный сотрудник лаборатории физических основ материаловедения кремния ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Владимир Алексеевич Гриценко.

2_Владимир_Гриценко.jpg 

Владимир Гриценко

Чтобы решить эту проблему, сотрудники лаборатории неравновесных полупроводниковых систем ИФП СО РАН создали мемристорный материал на основе SIOx методом плазмохимического окисления силана (SiH4) в кислородной плазме. 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.

Специалисты  лаборатории физических основ материаловедения кремния ИФП СО РАН установили, что теоретические модели, которые традиционно применяются для описания проводимости в диэлектрике, не подтверждаются при количественных экспериментальных измерениях нового мемристорного материала, а описывают эксперимент лишь качественно.  Ученым удалось установить, что проводимость такого мемристора описывается теорией Шкловского — Эфроса.

«Теперь, когда мы знаем механизм проводимости, это открывает возможность для управления ею и запоминающими свойствами мемристоров на основе SiOx. Вероятно, поэтому наша статья привлекла большой интерес», — добавил Владимир Гриценко.

По словам Альберта Чина, профессора Национального университета Чао Тунг — это первый случай, когда совместная работа российских и тайваньских специалистов по физике приборов появилась в рейтинге лучших статей журнала Applied Physics Letters.

Продолжение этого исследования — во второй совместной работе новосибирских исследователей и их тайваньских коллег, получившей международное признание и опубликованной в журнале Scientific Reports.

«В этом случае нам удалось впервые в  мире создать и исследовать полностью неметаллический элемент RRAM, включая его электроды, и, таким образом, исключить влияние металлических контактов на механизм проводимости. Последний также определялся моделью Шкловского-Эфроса, детально описанной в статье, опубликованной в Applied Physics Letters», — прокомментировал старший научный сотрудник ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Владимир Алексеевич Володин.

3_ Владимир_Володин.jpg 

Владимир Володин

Изученный мемристорный материал выращивался сотрудниками Национального университета Чао Тунг, специалисты ИФП СО РАН исследовали механизмы проводимости и вместе с тайваньскими коллегами уточняли процессы возникновения и разрушения филамента. Последний — это токопроводящая нанопроволока, возникающая в полупроводнике при подаче высокого положительного напряжения. В данном случае благодаря диффузии как вакансий кислорода, так и атомов кислорода между электродами появляются филаменты, обогащённые кремнием, по ним и протекает электрический ток. Если приложить отрицательное напряжение — филамент разрушается, и ток прекращается.

«Пока исследовалась не матрица памяти, а ее единичный элемент — мемристор. Однако, судя по большому окну памяти — то есть высокому отношению токов между проводящим и непроводящим состоянием, большому количеству циклов перепрограммирования (возможности перезаписи информации) и большому времени хранения (надежности материала), которое превышает десять тысяч секунд при температуре 85 градусов Цельсия, подобный подход должен сработать в матрицах», — подчеркнул Владимир Володин.

Проведение исследований поддержано грантом Российского научного фонда: проект № 18-49-08001.

 

Пресс-служба ИФП СО РАН

Иллюстрация: Микрочипы (справа) и кремниевые подложки разного диаметра

Совместные работы новосибирских и тайваньских физиков попали в престижные рейтинги.doc 

Похожие новости

  • 19/03/2020

    Российские и тайваньские физики создали материал на основе нитрида кремния для высокопроизводительной энергонезависимой резистивной памяти

    ​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.
    395
  • 29/01/2020

    Интервью: что в Новосибирске сделают в рамках проекта СКИФ в 2020 году

    ​Об итогах 2019 года и основных задачах реализации проекта синхротрона СКИФ в 2020 году рассказал РБК Новосибирск заместитель руководителя проектного офиса ЦКП «СКИФ» ИК СО РАН Яков Ракшун. Что удалось добиться в работе над проектом синхротрона СКИФ в 2019 году? — Была проделана большая работа, которая закончилась выходом в конце 2019 года постановления правительства России о федеральной адресной инвестиционной программе, в которой определен предельный объем бюджетного финансирования проекта — 37,1 миллиарда рублей и сроки исполнения работ.
    314
  • 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.
    1274
  • 06/02/2019

    Готов эскизный проект первых шести станций ЦКП СКИФ

    ​Команда проектного офиса центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» и сотрудники Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН объявили о готовности эскизного проект первых шести экспериментальных станций.
    1557
  • 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.
    471
  • 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.
    1224
  • 23/05/2019

    Археологи выделили на юге Западной Сибири новую культуру эпохи неолита – барабинскую

    Ученые Института археологии и этнографии СО РАН (ИАЭТ СО РАН) выделили на юге Западно-Сибирской равнины новую неолитическую культуру – барабинскую. Основой полученных данных стали исследования уникального комплекса, состоящего из двух жилых сооружений, артефактов из них, а также нескольких своеобразных ям для заготовки рыбы.
    1016
  • 20/03/2017

    Институт катализа СО РАН и Лицей № 130 откроют совместную химическую лабораторию

    Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Лицей № 130 имени академика М.А. Лаврентьева откроют совместную химическую лабораторию. Учащиеся смогут со школьной скамьи получить опыт работы в настоящей лаборатории под руководством научных сотрудников, решая реальные исследовательские задачи.
    2817
  • 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.
    2231
  • 23/08/2019

    Академик Александр Латышев: эволюция научных школ невозможна без движения и даже турбуленции

    С самого своего рождения микро- и наноэлектроника развивается такими бешеными темпами, как никакая другая отрасль. И все это происходит буквально на наших глазах. К примеру, каждые два года мы в принципе должны выбрасывать свои сотовые телефоны и покупать новые, потому что элементная база реально меняется в два раза.
    774