Компьютерная отрасль постоянно сталкивается с возрастающими требованиями к скорости передачи данных и энергопотреблению электронных систем. К примеру, широко распространённая флеш-память NAND, по оценкам специалистов, достигнет предела своих возможностей к 2017—2018 годам. На смену ей придут новые типы энергонезависимых устройств хранения данных, о достижениях в разработке которых можно почитать здесь.
Иллюстрация Shutterstock.
Но трудность в том, что для быстрого и максимально эффективного перехода на перспективные типы памяти нужно обеспечить их совместимость с существующими электронными схемами, которые обычно базируются на технологии КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). И вот исследователи из Института микроэлектроники при сингапурском Агентстве по науке, технологиям и исследованиям (A*STAR) предложили способ решения этой проблемы.
Учёные экспериментировали с энергонезависимой резистивной памятью с произвольным доступом (RRAM). Коротко напомним принцип работы таких изделий: диэлектрики, которые в нормальном состоянии имеют очень высокое сопротивление, после приложения довольно большого напряжения могут сформировать внутри себя проводящие нити низкого сопротивления и, по сути, превратиться в проводник. То есть материал фактически является управляемым постоянным резистором с двумя или более переключаемыми уровнями сопротивления.
Изображение Shutterstock.
В микросхемы RRAM-памяти для устранения взаимного влияния ячеек из-за больших токов утечки могут быть добавлены дополнительные выбирающие элементы — диоды или транзисторы. Но использование диодов порождает трудности с реализацией микросхем памяти, поэтому сингапурцы экспериментируют с RRAM-стеками, совместимыми с КМОП-транзисторами.
Для изготовления опытного образца памяти применялась трёхслойная структура. Нижний электрод на основе силицида никеля формируется путём нанесения покрытия осаждением из паров. Затем создаётся центральный диэлектрический слой с применением оксида гафния. Верхний слой представляет собой электрод на основе нитрида титана.
Опыты показали, что в предложенной структуре можно быстро и с высокой надёжностью изменять состояние ячеек памяти, используя очень низкие рабочие токи. Причём электроды могут быть сформированы на истоке или стоке КМОП-транзистора. Это теоретически позволяет упростить и ускорить внедрение RRAM-памяти при одновременном снижении энергопотребления.
Результаты работы опубликованы в журнале IEEE Electron Device Letters.
Подготовлено по материалам Института микроэлектроники при сингапурском Агентстве по науке, технологиям и исследованиям.
