Los científicos de la Universidad Lobachevsky han implementado una nueva variante del dispositivo memristivo de óxido metálico, que es prometedor para su uso en RRAM (memoria resistiva de acceso aleatorio) y sistemas informáticos novedosos, incluidos los neuromórficos.

La variabilidad (falta de reproducibilidad) de los parámetros de conmutación resistiva es el desafío clave en el camino hacia nuevas aplicaciones de dispositivos memristivos. Esta variabilidad de los parámetros en las estructuras del dispositivo 'metal-óxido-metal' está determinada por la naturaleza estocástica del proceso de migración del ion oxígeno y / o las vacantes de oxígeno responsables de la oxidación y reducción de los canales conductores (filamentos) cerca de la interfaz metal / óxido. . También se ve agravado por la degradación de los parámetros del dispositivo en caso de intercambio de oxígeno incontrolado.

Los enfoques tradicionales para controlar el efecto memristivo incluyen el uso de concentradores de campos eléctricos especiales y la ingeniería de materiales / interfaces en la estructura del dispositivo memristivo, que normalmente requieren un proceso tecnológico más complejo para fabricar dispositivos memristivos.

Según Alexey Mikhaylov, jefe del laboratorio UNN PTRI, Los científicos de Nizhny Novgorod utilizaron por primera vez en su trabajo un enfoque que combina las ventajas de la ingeniería de materiales y los fenómenos de autoorganización a nanoescala. Se trata de una combinación de los materiales de los electrodos con cierta afinidad por el oxígeno y diferentes capas dieléctricas, así como el autoensamblaje de nanoclusters metálicos que sirven como concentradores de campo eléctrico.

"Este enfoque no requiere operaciones adicionales en el proceso de fabricación de tales dispositivos y demuestra un resultado prácticamente importante:la estabilización de la conmutación resistiva entre estados resistivos no lineales en una estructura de dispositivo multicapa basada en películas de dióxido de circonio estabilizadas con itrio con una concentración determinada de oxígeno y capas adicionales de óxido de tantalio, "explica Alexey Mikhaylov.

Tras un estudio exhaustivo de la estructura y composición de los materiales realizado por científicos de la Universidad Lobachevsky, Es posible interpretar el resultado obtenido a partir del concepto de formación de filamentos con parte conductora central en el ZrO. ₂ (Y) película y transformaciones estructurales reproducibles entre un TaO similar al rutilo más conductivo _X fase y el dieléctrico Ta ₂ O ₅ fase en la película de óxido de tantalio subyacente bajo calentamiento Joule del área local cerca del filamento.

La presencia de límites de grano en ZrO. ₂ (Y) como sitios de nucleación preferidos para filamentos, la presencia de nanoclusters como concentradores de campo en el Ta ₂ O ₅ película, y el intercambio de oxígeno entre las capas de óxido en la interfaz con TiN contribuyen a la estabilización de los estados resistivos.

"Es importante tener en cuenta que la estructura optimizada también se ha implementado como parte del chip memristive con dispositivos de punto y barra transversal (tamaño del dispositivo:20 μm × 20 μm), que demuestran una conmutación robusta y una baja variación de los estados resistivos (menos del 20%), lo que abre la posibilidad de programar pesos memristivos en grandes arreglos pasivos y su aplicación en la implementación de hardware de varios circuitos funcionales y sistemas basados ​​en memristors. Se espera que el siguiente paso hacia la comercialización de las soluciones de ingeniería propuestas consistirá en integrar el conjunto de dispositivos memristivos con la capa CMOS que contiene los circuitos periféricos y de control. "concluye Alexey Mikhaylov.