Ikke -flygtig hukommelse så hurtigt som RAM med flash -kapacitet

Forskere fra MIPT's Center for Shared Research Facilities har fundet en måde at kontrollere iltkoncentrationen i tantaloxidfilm produceret ved atomlagsaflejring. Disse tynde film kunne være grundlaget for at skabe nye former for ikke -flygtig hukommelse. Avisen blev offentliggjort i tidsskriftet ACS -anvendte materialer og grænseflader .

Fordi datalagrings- og behandlingsløsninger er så centrale for moderne teknologi, mange forskerhold og virksomheder forfølger nye former for computerhukommelse. Et af deres hovedmål er at udvikle universel hukommelse - et lagermedium, der kombinerer den høje RAM -hastighed med ikke -flygtighed af et flashdrev.

En lovende teknologi til at skabe en sådan enhed er resistiv switch -hukommelse, eller ReRAM. Det virker ved at ændre modstanden på tværs af en hukommelsescelle via påført spænding. Da hver celle har en høj- og lavmodstandstilstand, den kan bruges til at gemme oplysninger, f.eks., i form af nuller og én.

En ReRAM-celle kan realiseres som en metal-dielektrisk-metalstruktur. Oxider af overgangsmetaller, såsom hafnium og tantal, har vist sig nyttige som den dielektriske komponent i denne lagdelte struktur. Anvendelse af spænding til en hukommelsescelle, der er baseret på disse materialer, forårsager iltmigration, ændrer dens modstand. Dette gør fordelingen af ​​iltkoncentration i oxidfilmen til en afgørende parameter, der bestemmer hukommelsescellens funktionelle egenskaber.

Imidlertid, trods betydelige fremskridt inden for ReRAM -udvikling, flash -hukommelse viser ingen tegn på tabende terræn. Årsagen til dette er, at flashhukommelse muliggør stabling af tredimensionelle hukommelsesceller, hvilket muliggør en meget større lagertæthed. I modsætning til dette, iltmangelte filmaflejringsteknikker, der normalt bruges i ReRAM-designs, kan ikke anvendes på funktionelle 3D-arkitekturer.

Det er her, at deponering af atomlag kommer ind

I et forsøg på at finde en alternativ teknik, MIPT -forskere vendte sig til deponering af atomlag, en kemisk proces, hvorved tynde film kan fremstilles på overfladen af ​​et materiale. I løbet af det sidste årti, ALD er blevet mere og mere udbredt, med mange applikationer inden for nanoelektronik, optik, og den biomedicinske industri. Der er to store fordele ved deponering af atomlag. Den første er enestående kontrol over filmtykkelse:Det er muligt at deponere film, der er flere nanometer tykke med en fejl på en brøkdel af et nanometer. Den anden fordel er, at ALD muliggør konform belægning af 3D-strukturer, hvilket er problematisk for de fleste af de i øjeblikket anvendte nanofilmaflejringsteknikker.

I en ALD -proces, et substrat udsættes sekventielt for to kemikalier, der er kendt som forstadiet og reaktanten. Det er den kemiske reaktion mellem disse to stoffer, der producerer et belægningslag. Ud over det element, der anvendes i belægningen, forstadier indeholder andre forbindelser - f.eks. af kulstof eller chlor - kaldet ligander. De letter reaktionen, men i en ideel ALD -proces, skal fjernes fuldstændigt fra den resulterende film, når interaktionen med det andet kemikalie (reaktant) er sket. Det er vigtigt at vælge de rigtige stoffer til brug ved atomlagsaflejring. Selv om det viser sig vanskeligt at deponere oxidfilm med variabel iltkoncentration ved ALD, de er afgørende for ReRAM.

"Den sværeste del ved deponering af iltmangelfilm var at finde de rigtige reaktanter, der ville gøre det muligt både at eliminere ligander indeholdt i den metalliske forstadie og kontrollere iltindholdet i den resulterende belægning, "siger Andrey Markeev, der har en ph.d. i fysik og matematik og er en førende forsker ved MIPT. "Vi opnåede dette ved at bruge en tantalforløber, som i sig selv indeholder ilt, og en reaktant i form af plasmaaktiveret brint. "Bekræftelse af de eksperimentelle fund viste sig at være en udfordring i sig selv. Så snart forsøgsprøven fjernes fra vakuumkammeret, som huser det under ALD, og udsat for atmosfæren, dette medfører ændringer i det øverste lag af dielektrikummet, gør det umuligt at opdage iltmangel ved hjælp af analytiske teknikker såsom elektronspektroskopi, som målretter overfladen af ​​prøven.

"I dette studie, vi behøvede ikke bare at opnå filmene, der indeholder forskellige mængder ilt, men også for at bekræfte dette eksperimentelt, "siger Konstantin Egorov, en ph.d. -studerende på MIPT. "At gøre dette, vores team arbejdede med en unik eksperimentel klynge, som tillod os at dyrke film og studere dem uden at bryde vakuumet. "