Imagem de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (a) e esquemático (b) da seção transversal da estrutura memristiva multicamadas na região do filamento condutor (CF), a dependência de estados resistivos no número de ciclos de comutação e uma fotografia do chip memristivo com microdispositivos memristivos (c) Crédito:Universidade Lobachevsky
Cientistas da Universidade Lobachevsky implementaram uma nova variante do dispositivo memristivo de óxido metálico, que é uma promessa para uso em RRAM (memória de acesso aleatório resistivo) e novos sistemas de computação, incluindo neuromórficos.
A variabilidade (falta de reprodutibilidade) dos parâmetros de chaveamento resistivo é o principal desafio no caminho para novas aplicações de dispositivos memristivos. Esta variabilidade de parâmetros em estruturas de dispositivo 'óxido de metal-metal' é determinada pela natureza estocástica do processo de migração do íon de oxigênio e / ou vacâncias de oxigênio responsáveis pela oxidação e redução de canais condutores (filamentos) perto da interface metal / óxido . Também é agravado pela degradação dos parâmetros do dispositivo em caso de troca descontrolada de oxigênio.
As abordagens tradicionais para controlar o efeito memristivo incluem o uso de concentradores de campo elétrico especiais e a engenharia de materiais / interfaces na estrutura do dispositivo memristivo, que normalmente requerem um processo tecnológico mais complexo para a fabricação de dispositivos memristivos.
De acordo com Alexey Mikhaylov, chefe do laboratório UNN PTRI, Os cientistas de Nizhny Novgorod pela primeira vez usaram em seu trabalho uma abordagem que combina as vantagens da engenharia de materiais e dos fenômenos de auto-organização em nanoescala. Envolve uma combinação de materiais de eletrodos com certa afinidade de oxigênio e diferentes camadas dielétricas, bem como a automontagem de nanoclusters metálicos que servem como concentradores de campo elétrico.
"Esta abordagem não requer quaisquer operações adicionais no processo de fabricação de tais dispositivos e demonstra um resultado praticamente importante:a estabilização da comutação resistiva entre estados resistivos não lineares em uma estrutura de dispositivo multicamadas com base em filmes de dióxido de zircônio estabilizados com ítrio com uma dada concentração de oxigênio e camadas adicionais de óxido de tântalo, "explica Alexey Mikhaylov.
Após um estudo abrangente da estrutura e composição dos materiais por cientistas da Universidade Lobachevsky, é possível interpretar o resultado obtido com base no conceito de formação de filamentos com uma parte condutora central no ZrO. 2 (Y) filme e transformações estruturais reproduzíveis entre um TaO semelhante a rutilo mais condutor x fase e o dielétrico Ta 2 O 5 fase no filme de óxido de tântalo subjacente sob o aquecimento Joule da área local perto do filamento.
A presença de limites de grãos em ZrO 2 (Y) como locais de nucleação preferenciais para filamentos, a presença de nanoclusters como concentradores de campo no Ta 2 O 5 filme, e a troca de oxigênio entre as camadas de óxido na interface com o TiN contribuem para a estabilização dos estados resistivos.
"É importante notar que a estrutura otimizada também foi implementada como parte do chip memristivo com dispositivos de ponto cruzado e barra cruzada (tamanho do dispositivo:20 μm × 20 μm), que demonstram comutação robusta e baixa variação de estados resistivos (menos de 20%), o que abre a perspectiva de programar pesos memristivos em grandes matrizes passivas e sua aplicação na implementação de hardware de vários circuitos funcionais e sistemas baseados em memristores. Espera-se que o próximo passo para a comercialização das soluções de engenharia propostas consistirá na integração do conjunto de dispositivos memristivos com a camada CMOS contendo circuitos periféricos e de controle, "conclui Alexey Mikhaylov.
