Nye processer i moderne ReRAM-hukommelsesceller afkodet

Resistive hukommelsesceller eller kort sagt ReRAM'er anses for at være fremtidens nye superinformationslagringsløsning. På nuværende tidspunkt to grundlæggende begreber forfølges, hvilken, indtil nu, var forbundet med forskellige typer aktive ioner. Men dette er ikke helt korrekt, som Jülich-forskere, der arbejder sammen med deres koreaner, Japanske og amerikanske kolleger blev overraskede over at opdage. I valence change memory (VCM) celler, ikke kun er negativt ladede oxygenioner aktive, men - beslægtet med elektrokemiske metalliseringshukommelsesceller (ECM) - det samme er positivt ladede metalioner. Effekten gør det muligt at ændre koblingskarakteristika efter behov og gør det muligt at flytte frem og tilbage fra det ene koncept til det andet, som rapporteret af forskerne i tidsskrifterne Natur nanoteknologi og Avancerede materialer .

ReRAM-celler har en unik egenskab:deres elektriske modstand kan ændres ved at påføre en elektrisk spænding. Cellerne opfører sig som et magnetisk materiale, der kan magnetiseres og afmagnetiseres igen. Med andre ord, de har en ON og en OFF tilstand. Dette gør det muligt at lagre digital information, dvs. oplysninger, der skelner mellem "1" og "0". De vigtigste fordele ved ReRAMs er, at de kan skiftes hurtigt, bruger lidt energi, og opretholde deres tilstand selv efter lange perioder uden ekstern spænding.

Den memristive adfærd af ReRAMs relæ på mobile ioner. Disse ioner bevæger sig på samme måde som i et batteri, flyder frem og tilbage mellem to elektroder i et metaloxidlag, der ikke er mere end et par nanometer tykt. I lang tid, forskere mente, at VCM'er og ECM'er fungerede meget forskelligt. I ECM'er, ON- og OFF-tilstandene opnås, når metalioner bevæger sig og danner whisker-lignende filamenter. Dette sker, når der tilføres en elektrisk spænding, får sådanne filamenter til at vokse mellem cellens to elektroder. Cellen er praktisk talt kortsluttet, og modstanden falder brat. Når processen er nøje kontrolleret, oplysninger kan gemmes. VCM'ers skifteadfærd, i modsætning, var primært forbundet med fortrængning af iltioner. I modsætning til metalioner, de er negativt ladede. Når en spænding påføres, ionerne bevæger sig ud af en oxygenholdig metalforbindelse. Materialet bliver brat mere ledende. Også i dette tilfælde processen skal kontrolleres mere omhyggeligt.

Jülich-forskere arbejder sammen med deres partnere fra Chonbuk National University, Jeonju, National Institute for Materials Science i Tsukuba og Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Boston opdagede en uventet anden omskiftningsproces i VCM'er:metalioner hjælper også med at danne filamenter i VCM'er. Processen blev synliggjort, fordi forskerne undertrykte iltionernes bevægelse. For at gøre det, de modificerede overfladen ved at påføre et tyndt carbonlag direkte ved grænsefladen mellem elektrodematerialet og den faste elektrolyt. I et tilfælde de brugte "mirakelmaterialet" grafen, som kun består af et enkelt lag kulstof. "Graphen blev brugt til at undertrykke transporten af ​​iltioner gennem fasegrænsen og til at bremse iltreaktionerne. Pludselig vi observerede en skiftkarakteristik svarende til den for en ECM-celle og antager derfor, at frie metalioner også er aktive i VCM'er. Dette blev yderligere verificeret ved hjælp af scanningstunnelmikroskopi (STM) og diffusionsforsøg. Det ser ud til, at metalionerne giver yderligere støtte til omskiftningsprocessen, "siger Dr. Ilia Valov, elektrokemiker ved Jülichs Peter Grünberg Institut (PGI-7).

Inkorporering af et sådant kulstofmellemlag ville gøre det muligt at springe fra den ene skifteproces til den anden i VCM'er. Dette ville føre til nye muligheder for at designe ReRAM'er. "Afhængig af applikationen, vores resultater kunne udnyttes og effekten bevidst forstærkes eller bevidst undertrykkes, " says Valov. The scientists' findings give rise to several questions. "Existing models and studies will have to be reworked and adapted on the basis of these findings, " says the Jülich scientist. Further tests will clarify how such novel components behave in practice.