Lobachevsky University-wetenschappers hebben een nieuwe variant van het metaaloxide memristive-apparaat geïmplementeerd, die veelbelovend is voor gebruik in RRAM (resistive random access memory) en nieuwe computersystemen, inclusief neuromorfe.

Variabiliteit (gebrek aan reproduceerbaarheid) van resistieve schakelparameters is de belangrijkste uitdaging op weg naar nieuwe toepassingen van memristieve apparaten. Deze variabiliteit van parameters in 'metaal-oxide-metaal' apparaatstructuren wordt bepaald door de stochastische aard van het migratieproces van het zuurstofion en/of zuurstofvacatures die verantwoordelijk zijn voor oxidatie en reductie van geleidende kanalen (filamenten) nabij het metaal/oxide-grensvlak . Het wordt ook verergerd door de degradatie van apparaatparameters in het geval van ongecontroleerde zuurstofuitwisseling.

Traditionele benaderingen voor het beheersen van het memristieve effect omvatten het gebruik van speciale elektrische veldconcentrators en de engineering van materialen/interfaces in de memristieve apparaatstructuur, die typisch een complexer technologisch proces vereisen voor het vervaardigen van memristieve apparaten.

Volgens Alexey Michajlov, hoofd van het UNN PTRI-laboratorium, Wetenschappers van Nizhny Novgorod gebruikten voor het eerst in hun werk een benadering die de voordelen van materiaaltechnologie en zelforganisatieverschijnselen op nanoschaal combineert. Het gaat om een ​​combinatie van de materialen van elektroden met bepaalde zuurstofaffiniteit en verschillende diëlektrische lagen, evenals de zelfassemblage van metalen nanoclusters die dienen als elektrische veldconcentrators.

"Deze benadering vereist geen extra bewerkingen in het fabricageproces van dergelijke apparaten en demonstreert een praktisch belangrijk resultaat:de stabilisatie van resistief schakelen tussen niet-lineaire resistieve toestanden in een meerlagige apparaatstructuur op basis van met yttrium gestabiliseerde zirkoniumdioxidefilms met een bepaalde concentratie van zuurstof en extra lagen tantaaloxide, " legt Alexey Michajlov uit.

Na een uitgebreide studie van de structuur en samenstelling van materialen door wetenschappers van Lobachevsky University, het is mogelijk om het verkregen resultaat te interpreteren op basis van het concept van de vorming van filamenten met een centraal geleidend deel in de ZrO ₂ (Y) film en reproduceerbare structurele transformaties tussen een meer geleidende rutielachtige TaO _x fase en het diëlektricum Ta ₂ O ₅ fase in de onderliggende tantaaloxidefilm onder Joule-verwarming van het lokale gebied nabij de gloeidraad.

De aanwezigheid van korrelgrenzen in ZrO ₂ (Y) als geprefereerde nucleatieplaatsen voor filamenten, de aanwezigheid van nanoclusters als veldconcentratoren in de Ta ₂ O ₅ film, en de uitwisseling van zuurstof tussen de oxidelagen op het grensvlak met TiN dragen bij aan de stabilisatie van resistieve toestanden.

"Het is belangrijk op te merken dat de geoptimaliseerde structuur ook is geïmplementeerd als onderdeel van de memristive-chip met cross-point- en cross-bar-apparaten (apparaatgrootte:20 m × 20 μm), die robuust schakelen en lage variatie van resistieve toestanden demonstreren (minder dan 20%), wat het vooruitzicht opent voor het programmeren van memristieve gewichten in grote passieve arrays en hun toepassing in de hardware-implementatie van verschillende functionele circuits en systemen op basis van memristors. Verwacht wordt dat de volgende stap in de richting van commercialisering van de voorgestelde technische oplossingen zal bestaan ​​uit het integreren van de reeks memristieve apparaten met de CMOS-laag die rand- en besturingscircuits bevat, " besluit Alexey Michajlov.