Cientistas russos melhoram a célula de memória ReRAM com eletrodos defeituosos

A memória resistiva é uma das estruturas mais simples para armazenamento de dados não voláteis. Funcionários do Laboratório de Deposição de Camada Atômica do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, junto com colegas da Coréia, comprovaram a utilidade dos defeitos do eletrodo na melhoria dos parâmetros da célula de memória ReRAM. A descoberta sugeriu como você pode aumentar significativamente a resistência ao desgaste do ReRAM enquanto reduz significativamente o consumo.

Fonte da imagem: MIPT

Antes de continuar, lembramos que a memória ReRAM é geralmente um sanduíche de dois eletrodos, entre os quais há um material que, sob comando, muda sua resistência condicionalmente de zero ao infinito. Este é um estado reversível e não volátil, o que torna o ReRAM ideal por uma variedade de razões. Normalmente, um dos eletrodos é nitreto de titânio e o outro é platina. Mas a platina é pouco compatível com a tecnologia de processo CMOS, e os cientistas do experimento substituíram primeiro o eletrodo superior por rutênio, e depois o inferior.

Experimentalmente, os cientistas descobriram que à medida que a espessura do eletrodo de rutênio aumenta com a pulverização camada por camada, a rugosidade de sua superfície aumenta drasticamente. O que é mais interessante, quanto mais longe de uma superfície perfeitamente plana, melhores são os parâmetros da célula!

No experimento, o tamanho do grão na superfície dos eletrodos cresceu de 5 para 70 nm com o aumento das camadas depositadas. No seu tamanho máximo, a voltagem de comutação da célula diminuiu, assim como a resistência do material da célula de memória responsável pelo efeito memória, e em ambos os estados – no não condutor (dielétrico) e no condutor. Além disso, o recurso do dispositivo aumentou significativamente, chegando a 50 milhões de ciclos de reescrita para o caso com o eletrodo mais resistente.

Célula de memória ReRAM no exemplo de um desenvolvimento da Panasonic

Para explicar o efeito benéfico inesperado do “eletrodo imperfeito”, um modelo simplificado foi proposto primeiro e, em seguida, a amostra foi examinada usando microscopia de força atômica condutiva, que provou a correção do raciocínio teórico (para mais detalhes, consulte o artigo em ACS Applied Materials & Interfaces).

Descobriu-se que, com o uso de eletrodos “superrugos”, os parâmetros elétricos da célula ReRAM melhoraram devido à localização do campo elétrico nas encostas dos maiores grãos da superfície do rutênio.

«Nossos resultados ajudarão a entender como o novo tipo de células de memória pode ser melhorado significativamente. Um aumento na espessura do filme de rutênio leva a um aumento na rugosidade da superfície do eletrodo. Ao mesmo tempo, áreas de concentração local do campo elétrico são formadas nas encostas dos grãos, o que, por sua vez, melhora significativamente as principais características do dispositivo. Os resultados dão esperança de que os dispositivos de memória terão melhor desempenho e confiabilidade no futuro ”, acrescenta Andrey Markeev, chefe do Grupo de Deposição de Camada Atômica da MIPT.