Investigadores del Centro de Instalaciones de Investigación Compartidas del MIPT han encontrado una forma de controlar la concentración de oxígeno en las películas de óxido de tantalio producidas por la deposición de la capa atómica. Estas películas delgadas podrían ser la base para crear nuevas formas de memoria no volátil. El artículo fue publicado en la revista Interfaces y materiales aplicados ACS .

Dado que las soluciones de procesamiento y almacenamiento de datos son fundamentales para la tecnología moderna, muchos equipos de investigación y empresas están buscando nuevos tipos de memoria de computadora. Uno de sus principales objetivos es desarrollar la memoria universal, un medio de almacenamiento que combinaría la alta velocidad de la RAM con la no volatilidad de una unidad flash.

Una tecnología prometedora para crear un dispositivo de este tipo es la memoria de conmutación resistiva, o ReRAM. Funciona cambiando la resistencia a través de una celda de memoria mediante la aplicación de voltaje. Dado que cada celda tiene un estado de alta y baja resistencia, se puede utilizar para almacenar información, p.ej., en forma de ceros y unos.

Una celda ReRAM se puede realizar como una estructura de metal-dieléctrico-metal. Los óxidos de metales de transición como el hafnio y el tantalio han demostrado ser útiles como componente dieléctrico de esta estructura estratificada. La aplicación de voltaje a una celda de memoria que se basa en estos materiales provoca la migración de oxígeno, cambiando su resistencia. Esto hace que la distribución de la concentración de oxígeno en la película de óxido sea un parámetro crucial que determina las propiedades funcionales de la celda de memoria.

Sin embargo, a pesar de los importantes avances en el desarrollo de ReRAM, la memoria flash no muestra signos de perder terreno. La razón de esto es que la memoria flash permite el apilamiento de celdas de memoria tridimensional, lo que permite una densidad de almacenamiento mucho mayor. En contraste con esto, Las técnicas de deposición de películas deficientes en oxígeno que se utilizan normalmente en los diseños de ReRAM no son aplicables a las arquitecturas 3D funcionales.

Ahí es donde entra en juego la deposición de la capa atómica

En un intento por encontrar una técnica alternativa, Los investigadores de MIPT recurrieron a la deposición de capas atómicas, proceso químico mediante el cual se pueden producir películas delgadas en la superficie de un material. Durante la última década, La ALD se ha generalizado cada vez más, con numerosas aplicaciones en nanoelectrónica, óptica, y la industria biomédica. Hay dos ventajas principales para la deposición de la capa atómica. El primero es un control sin precedentes sobre el espesor de la película:es posible depositar películas de varios nanómetros de espesor con un error de una fracción de nanómetro. La otra ventaja es que ALD permite el recubrimiento conformado de estructuras 3-D, lo cual es problemático para la mayoría de las técnicas de deposición de nanofilms utilizadas actualmente.

En un proceso ALD, un sustrato se expone secuencialmente a dos productos químicos que se conocen como precursor y reactivo. Es la reacción química entre estas dos sustancias la que produce una capa de recubrimiento. Además del elemento utilizado en el revestimiento, los precursores contienen otros compuestos, por ejemplo, de carbono o cloro, llamados ligandos. Facilitan la reacción pero, en un proceso ALD ideal, deben eliminarse por completo de la película resultante una vez que se haya producido la interacción con el otro químico (reactivo). Es vital elegir las sustancias adecuadas para su uso en la deposición de la capa atómica. Aunque resulta difícil depositar películas de óxido con concentración variable de oxígeno por ALD, son esenciales para ReRAM.

"La parte más difícil de depositar películas deficientes en oxígeno fue encontrar los reactivos adecuados que permitieran eliminar los ligandos contenidos en el precursor metálico y controlar el contenido de oxígeno en el recubrimiento resultante, "dice Andrey Markeev, quien tiene un doctorado en física y matemáticas y es un investigador líder en MIPT. "Lo logramos mediante el uso de un precursor de tantalio, que por sí mismo contiene oxígeno, y un reactivo en forma de hidrógeno activado por plasma ". Confirmar los hallazgos experimentales resultó ser un desafío en sí mismo. Tan pronto como la muestra experimental se retira de la cámara de vacío, que lo alberga durante ALD, y expuesto a la atmósfera, esto provoca modificaciones en la capa superior del dieléctrico, imposibilitando la detección de la deficiencia de oxígeno mediante técnicas analíticas como la espectroscopia electrónica, que apuntan a la superficie de la muestra.

"En este estudio, necesitábamos no solo obtener las películas que contienen diferentes cantidades de oxígeno, sino también confirmar esto experimentalmente, "dice Konstantin Egorov, estudiante de doctorado en MIPT. "Para hacer esto, nuestro equipo trabajó con un grupo experimental único, lo que nos permitió cultivar películas y estudiarlas sin romper el vacío ".