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.

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.

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.

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

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния

Физики создали материал для высокопроизводительной энергонезависимой памяти

Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния

Создан новый материал для резистивной памяти

Создан новый материал для резистивной памяти

Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния

Материал для энергонезависимой памяти

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Ученые России и Тайваня создали материал на базе нитрида кремния для быстрой энергонезависимой резистивной памяти

Физики создали материал для высокопроизводительной энергонезависимой памяти

Физики создали материал для высокопроизводительной энергонезависимой памяти

Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния

Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния

Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния

"Новый материал для энергонезависимой памяти создан на основе нитрида кремния"

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

В ИФП СО РАН занимаются разработкой энергонезависимой резистивной памяти, которая должна заменить флеш-память

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Сделан материал для энергонезависимой памяти

Создан новый материал для резистивной памяти

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.

  1447
• 16/07/2020

  ИФП СО РАН: подробности о деятельности подразделений и перспективах для молодых сотрудников

  ​Принять новых сотрудников готовы двадцать семь научных подразделений института, среди которых две молодежные лаборатории ― ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики и нанотехнологий и наноматериалов.

  492
• 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.

  1140
• 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).

  456
• 16/07/2020

  Сибирские ученые получили топологические изоляторы на основе селенида висмута новыми способами

  ​​​​​Тонкие пленки селенида висмута получили двумя методами: вырастив их на подложках из слюды и электрохимически расщепив объемные кристаллы Bi2Se3, причем ученые добились формирования рекордно больших площадей образцов тонких пленок.

  797
• 09/07/2020

  Физики изучают возможность генерации «закрученных» поверхностных плазмон-поляритонов на Новосибирском лазере на свободных электронах

  ​​Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) совместно с коллегами из Самарского национального исследовательского университета имени академика С.

  1251
• 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.

  2432
• 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.

  2756
• 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.

  1540
• 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.

  739