Разгадана тайна мемристора для разработки эффективных устройств памяти с длительным сроком хранения информации

До настоящего момента объяснения не давали полного представления о том, как мемристоры, известные как энергонезависимая память, сохраняют информацию без источника питания.

Чтобы лучше понять феномен, лежащий в основе энергонезависимой мемристорной памяти, исследователи сосредоточились на устройстве, известном как резистивная оперативная память или RRAM, альтернативе энергозависимой оперативной памяти, используемой в классических вычислениях, и особенно перспективном для энергоэффективных приложений искусственного интеллекта.

Конкретный исследованный RRAM, запоминающее устройство с механизмом изменения валентности (VCM), представляет собой изолирующий слой оксида тантала между двумя платиновыми электродами. Когда к платиновым электродам прикладывается определенное напряжение, проводящая нить образует танталовый ионный мостик, проходящий через изолятор к электродам, который позволяет протекать электричеству, переводя элемент в состояние низкого сопротивления, представляющее “1” в двоичном коде. При подаче другого напряжения нить накала растворяется, поскольку возвращающиеся атомы кислорода вступают в реакцию с ионами тантала, “ржавея” проводящий мост и возвращаясь в состояние с высоким сопротивлением, представляющее двоичный код ”0″.

Когда-то считалось, что RRAM сохраняет информацию с течением времени, потому что кислород слишком медленно диффундирует обратно. Однако серия экспериментов показала, что в предыдущих моделях не учитывалась роль разделения фаз.
“В этих устройствах ионы кислорода предпочитают находиться вдали от нити накала и никогда не диффундируют обратно, даже по прошествии неопределенного периода времени. Этот процесс аналогичен тому, как смесь воды и масла не смешивается, сколько бы времени мы ни ждали, потому что в несмешанном состоянии они потребляют меньше энергии ”, — сказал Иян Ли, доцент кафедры материаловедения и инженерии U-M и старший автор исследования.

Чтобы проверить время хранения, исследователи ускорили эксперименты, увеличив температуру. Один час при 250 ° C эквивалентен примерно 100 годам при 85 ° C — типичной температуре компьютерного чипа.
Используя изображения атомно-силовой микроскопии с чрезвычайно высоким разрешением, исследователи получили изображение нитей размером всего около пяти нанометров или 20 атомов в ширину, образующихся в устройстве RRAM шириной в один микрон.
Исследовательская группа обнаружила, что нити разного размера по-разному удерживают материал. Нити размером менее 5 нанометров со временем растворяются, тогда как нити размером более 5 нанометров со временем укрепляются. Разница в размерах не может быть объяснена одной только диффузией.
В совокупности результаты экспериментов и модели, учитывающие принципы термодинамики, показали, что формирование и стабильность проводящих нитей зависят от разделения фаз.

Исследовательская группа использовала фазовое разделение, чтобы продлить срок хранения памяти с одного дня до более чем 10 лет в чипе памяти rad—hard — устройстве памяти, созданном для защиты от радиационного воздействия при использовании в космических исследованиях.

Сообщение Разгадана тайна мемристора для разработки эффективных устройств памяти с длительным сроком хранения информации появились сначала на Время электроники.