Поделиться
В России получили материал для изготовления элементов памяти нового поколения
Российские ученые первыми в мире решили совместить свойства оксида кремния и оксида германия и исследовали свойства нового материала. Его можно будет использовать для изготовления более энергоэффективной и более «быстродействующей» замены флеш-памяти.
Материал с «эффектом памяти»
Ученые Аналитического и технологического исследовательского центра «Высокие технологии и наноструктурированные материалы» Физического факультета Новосибирского госуниверситета (НГУ) провели эксперименты для изучения опто-электрических свойств нового материала на основе смеси оксида кремния и оксида германия, совмещение свойств которых поможет в создании новых, более надежных, элементов памяти, сообщили CNews в НГУ.
Ученые НГУ уже более пяти лет занимаются исследованием германо-силикатных стекол и первыми в мире обнаружили в них мемристорный эффект или «эффект памяти». Оксид кремния — это наиболее распространенный диэлектрик, он используется для производства различных микросхем. У него более стабильная структура, поэтому он более вынослив и долговечен, может «пережить» большее количество циклов перезаписи. Оксид германия характеризуется низкой энергией связи, то есть мемристор, созданный с применением этого материала, будет более энергоэффективным.
Эти качества, присущие двум разным соединениям, и были совмещены в кремний-германиевых стеклах. «Наши коллеги ранее изучали механизмы переноса транспорта в оксидах кремния и оксидах германия, мы же решили исследовать их в смеси данных соединений», — уточнил ведущий научный сотрудник Лаборатории функциональной диагностики низкоразмерных структур для наноэлектроники отдела АТИЦ Физического факультета НГУ, ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В.Ржанова СО РАН, профессор кафедры общей физики, доктор физико-математических наук Владимир Володин.
Совмещение свойств
«Германо-силикатные стекла с таким составом кроме нас пока не исследовал никто, а мы хотели бы получить в перспективе из данного материала современные элементы памяти, которые превосходили бы привычную нам флеш-память (Flash USB drive) по количеству циклов перезаписи, долговечности, эффективности и надежности», — сказал младший научный сотрудник Лаборатории функциональной диагностики низкоразмерных структур для наноэлектроники АТИЦ ФФ НГУ, аспирант Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН Иван Юшков.
Для экспериментов ученые вырастили пленки четырех составов с разными соотношениями оксидов германия и кремния и изготовили специальные МДП-структуры (металл-диэлектрик-полупроводник) с очень тонким слоем германо-силикатного стекла.
Исследования проводились в температурном диапазоне, соответствующем рабочим температурам мемристоров (от комнатной температуры до 102°C), ученые моделировали свойства исследуемых образцов с использованием восьми признанных в мире моделей электрической проводимости. Одна из них — «Ток, ограниченный пространственным зарядом» (ТОПЗ) — показала наиболее реалистичные параметры.
Значимость исследования заключается в том, что благодаря его результатам можно определить параметры мемристора теоретически, не выращивая наноструктуру.
«Мы можем с помощью ТОПЗ теоретически предугадать параметры будущего мемристора как одного из новых типов памяти. Также у нас есть возможность, исходя из модели ТОПЗ более точно определять электрическое напряжение и переключение, то есть диапазон работы моделируемого нами прибора. Кроме того, мы можем предсказывать токи в каждом конкретном образце, исходя из параметров его химического состава, толщины слоев диэлектрика и других задаваемых параметров модели», — объяснил Юшков.
Возможности новых элементов памяти
В настоящее время технологии, по словам Юшкова, дошли до рубежа, когда достигнуто максимальное количество циклов перезаписи, максимальная продолжительность использования, максимальные объемы по емкости на один элемент. Дальше, используя эту же технологию, кратно увеличить параметры памяти электронных приборов не представляется возможным.
Чтобы преодолеть эти ограничения нужен новый тип памяти, вроде мемристора, у которого в разы больше циклов перезаписи, чем у флеш-памяти.
«Кроме того, имеются публикации, в которых авторы показывают, что у мемристоров один цикл перезаписи более краткий по длительности: если у флеш-памяти это доли микросекунд, то у мемристоров — десятки наносекунд или даже пикосекунды, то есть в тысячу и миллион раз быстрее соответственно. Так что с помощью мемристоров память может стать гораздо более "быстродействующей"», — рассказал Юшков.
Поделиться
Короткая ссылка
