Een verbeterd ontwerp voor een veelbelovende computergeheugentechnologie is ontwikkeld door A*STAR-onderzoekers. Victor Zhuo en collega's ontwikkelden resistief random-access memory (RRAM) dat, tijdens fabricage, vereist geen schadelijk hoogspanningsvormingsproces.

"We demonstreren een vormingsvrije RRAM-cel met lage bedrijfsspanningen, een groot weerstandsvenster en uitstekende thermische stabiliteit, ' zegt Zhuo.

RRAM is het meest veelbelovende niet-vluchtige geheugensysteem omdat het dezelfde functionaliteit vertoont als de huidige solid-state geheugenschijven, maar heeft een hogere opslagdichtheid en een langere levensduur. RRAM-apparaten kunnen worden verkleind tot kleiner dan 14 nanometer. Ze bieden ook een eenvoudig bedieningsmechanisme waarbij de geheugenstatus van het materiaal dat overeenkomt met de bits die door computers worden gebruikt, alleen wordt bepaald door de elektrische weerstand van het apparaat. Deze weerstand kan worden 'geschakeld' door ordes van grootte, gewoon door elektrische spanningspulsen te gebruiken die op het RRAM-apparaat worden toegepast.

Het rudimentaire bedieningsmechanisme van RRAM betekent dat de chips een eenvoudige fabricagemethode hebben. Echter, een nadeel van RRAM-fabricage is dat het geheugenapparaat zich niet in een van de twee elektrische weerstandstoestanden bevindt die nodig zijn voor gebruik. Er is een hoge vormstroom nodig om het geheugen in de juiste toestand te brengen:dit bemoeilijkt de fabricage en vereist verdere controle op schade.

Onderzoekers van het A*STAR Data Storage Institute en het A*STAR Institute of Microelectronics hebben een ontwerp ontwikkeld voor het apparaat dat geheugen in de gewenste staat levert en het gebruik van vormingsstromen vermijdt.

Op microscopisch niveau, de weerstandsschakeling van RRAM vindt plaats door de migratie van zuurstofatomen. Omdat RRAM-materialen zijn gemaakt van een combinatie van metaal- en zuurstofatomen; het verwijderen van zuurstof veroorzaakt een zuurstoftekort in het materiaal. Dit verlaagt de elektrische weerstand van het materiaal, elektrische stroom laten vloeien. Door zuurstof terug in het materiaal te brengen, neemt de elektrische weerstand toe en wordt het een isolator.

De RRAM-apparaten die door het team van Zhuo zijn bestudeerd, maken gebruik van tantaaloxide met elektrische contacten gemaakt van titaniumnitride of tantaal. Bij gebruik van titaannitride, die chemisch niet erg reactief is, tijdens de productie is een vormspanning vereist. Echter, bij gebruik van het meer chemisch reactieve tantaal, het apparaat is direct klaar voor gebruik. Tantaal heeft een natuurlijke affiniteit om te reageren met de zuurstof die helpt om het materiaal in de juiste staat voor te bereiden.

Het doel is om dit concept te demonstreren in geavanceerde apparaten, voegt Zhuo toe. "Onze volgende stap is om RRAM-geheugenapparaten te integreren met een selector voor niet-vluchtige geheugentoepassingen met ultrahoge dichtheid."