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). 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.

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.

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 

Источники

Совместные статьи новосибирских и тайваньских физиков попали в престижные рейтинги научных работ

Ученые из Новосибирска и Тайваня создают ноый тип резистивной памяти

Сибирские и тайваньские ученые разработали новый материал для компьютерной памяти

Сибирские и тайваньские ученые разработали новый материал для компьютерной памяти

Сибирские и тайваньские ученые разработали новый материал для компьютерной памяти

Новосибирские физики исследуют новый тип памяти

Новосибирские физики исследуют новый тип памяти

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.

  569
• 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.

  1415
• 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.

  503
• 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.

  297
• 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.

  1814
• 15/07/2020

  Представлены промежуточные итоги реализации дорожной карты ЦКП СКИФ

  ​​О выполнении дорожной карты Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП СКИФ) на первое полугодие 2020 года рассказали директор ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» академик Валерий Иванович Бухтияров, генеральный директор АО «Центральный проектно-технологический институт» Михаил Анатольевич Тарасов и мэр наукограда Кольцово Николай Григорьевич Красников.

  335
• 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.

  207
• 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.

  1447
• 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.

  558
• 04/01/2019

  Юбилей академика Александра Васильевича Латышева

  ​Александр Васильевич Латышев родился 4 января 1959 года в г. Булаево Северо-Казахстанской области. В 1981 году окончил Новосибирский госуниверситет по специальности «физика». Далее — в Институте физики полупроводников им.

  1051