Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Oxygen ledig stilling understøttet hukommelse

Prof. Dr. Lambert Alff (v.) og Sankaramangalam Ulhas Sharath. Kredit:Gabi Haindl

En ikke-flygtig hukommelse, der holder sin digitale information uden strøm og arbejder på samme tid med den ultrahøje hastighed af nutidens dynamiske random access memory (DRAM) – det er drømmen for materialeforskere fra TU Darmstadt.

I et nyligt papir, der netop er offentliggjort online i tidsskriftet med høj effekt Avancerede funktionelle materialer , forskerne undersøgte, hvorfor hafniumoxidbaserede enheder er så lovende til hukommelsesapplikationer, og hvordan materialet kan tunes til at yde på det ønskede niveau. Denne viden kan være grundlaget for fremtidig masseanvendelse i alle slags elektroniske enheder.

Denne nye form for ikke-flygtig hukommelse gemmer information ved at ændre den elektriske modstand af en metal-isolator-metal struktur. De høje respektive lave resistive tilstande repræsenterer nul og én og forsvinder ikke, selv når computeren er slukket. Hovedprincippet i denne resistive random access memory (RRAM) har været kendt i flere år, men forskere og udviklere kæmper stadig for at bringe det ind i rigtige live-applikationer.

Hukommelse baseret på hafniumoxid er særlig interessant på grund af dets overlegne egenskaber. Imidlertid, enhederne kan stadig ikke fremstilles med lav variabilitet og lav spredning af elektroniske egenskaber som krævet til produktion i stor skala. Desuden, skiftadfærden er kompleks og er stadig ikke fuldt ud forstået.

Ilt ledige stillinger

Forskerne fra TU Darmstadt følger en opskrift, der har haft stor succes inden for halvlederteknologi:De fokuserer på defekterne i materialet. "Indtil nu, det var ikke helt klart, hvilke fysiske og kemiske materialeegenskaber, der styrer den resistive koblingsproces, " siger prof. dr. Lambert Alff, leder af Advanced Thin Film Technology-gruppen i Materials Science-afdelingen på TU Darmstadt. Hans team fokuserede deres forskning på iltdefekters rolle i det funktionelle materiale.

Ved hjælp af molekylær stråleepitaksi, en velkendt teknik fra halvlederteknologien, gruppen var i stand til at producere RRAM-strukturer, hvor kun iltkoncentrationen blev varieret, mens resten af ​​enheden var identisk. "Ved at ændre iltdefektkoncentrationen i hafniumoxid kunne vi utvetydigt korrelere materialets tilstand med hukommelsesenhedens resistive switchadfærd, " forklarer Sankaramangalam Ulhas Sharath, Ph.d.-studerende i gruppen og førsteforfatter til publikationen.

Baseret på disse resultater udviklede forskerne en samlet model, der forbinder alle hidtil rapporterede skiftetilstande med opførselen af ​​ledige iltsteder. En anden spændende konsekvens af deres arbejde er opdagelsen af, at kvantificerede konduktanstilstande kan stabiliseres ved stuetemperatur, når man kontrollerer de ilt ledige stillinger, der baner vejen for ny kvanteteknologi.

Vil RRAM være erstatningen for Flash-hukommelse?

Den forbedrede forståelse af rollen af ​​ilt ledige stillinger kan være nøglen til at producere RRAM-celler med reproducerbare egenskaber i større skala. På grund af dets iboende fysiske begrænsninger forventes det, at den nuværende fremherskende flashteknologi inden for de næste par år vil blive erstattet af en anden ikke-flygtig hukommelsesteknologi. Det kunne være RRAM, der vil tilfredsstille den stadigt voksende hunger efter mere energieffektiv og allestedsnærværende hukommelse i biler, mobiler, køleskabe osv. Det kan endda være særligt velegnet til neuromorfe kredsløb, der efterligner den menneskelige hjernes funktionalitet – et visionært koncept.


Varme artikler